一种用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置及其使用方法

本发明涉及生物检测技术领域，具体涉及一种用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置及其使用方法。

背景技术：

如何实现人体病原微生物(如covid-19)的快速精确检测，为临床检测领域面临的挑战。基于生物遗传分子(dna/rna/蛋白质)的毛细管电泳技术为常见分析手段之一，但其商业化产品呈大型化、昂贵的特征。毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术，凭借其高效、快速、微量等特点被广泛应用。毛细管电泳实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。毛细管电泳常用的检测方法有吸收光谱、荧光光谱、激光诱导荧光、质谱和电化学方法。

目前大多将毛细管电泳技术与荧光标记分析技术相结合，对检测样品中所含的待测物质进行检测。具体来所就是在生物分子上标记荧光染料，生物分子在毛细管中移动的过程中，荧光染料受到光源激发产生荧光，探测器接收所产生的荧光，分析所接收的荧光来检测毛细管中样品的生物分子的种类或含量。但目前所使用的激发光源大多都是需要经过镜面反射来实现，导致光学检测装置过大，不利于检测仪器的小型化。

随着基因检测、身份识别、分子育种、转基因检测等的快速发展，现在毛细管电泳间的技术中的光学检测装置已经逐渐无法满足当今生物技术的各项需要，尤其使小型化、集成化、便携化的需求。

实用新型专利cn207051196u公开了一种毛细管电泳-激光诱导荧光检测装置。该毛细管电泳-激光诱导荧光检测装置，包括毛细管电泳分离单元、光源发射单元、毛细管固定单元、荧光检测单元、信号转换器及数据处理单元，所述毛细管电泳分离单元包括石英毛细管、缓冲液瓶及高压电源，所述光源发射单元包括激光光源、滤光片、二向色镜及聚焦透镜，所述毛细管固定单元设置于毛细管电泳分离单元正上方，毛细管固定单元与聚焦透镜、二向色镜及荧光检测单元在同一水平线上，荧光检测单元包括荧光探测元件和滤光片，荧光检测单元与激光光源呈90°角垂直设置。该实用新型所述毛细管电泳-激光诱导荧光检测装置具有制作简便、快速分离和高灵敏检测等优点，但是，该实用新型激发光源需要经过镜面反射，光路较为复杂，导致装置较大。

实用新型专利cn203965326u公开了一种毛细管电泳用激发接触式荧光检测池，包括检测池体组件、定位组件及固定组件，采用正交型光路结构，使激发、收集光纤与液体光路两两相互垂直共轭交叉，采用石英玻璃材质的锥形变径三通连接入口毛细管、出口毛细管和激发光纤，不但实现了液体流路和激发光纤的物理接触，而且检测区仍采用石英材质，保证了电渗流的连续运行，适用于毛细管电泳-荧光检测，此外，设计了与之匹配的定位元件及固定组件等，从而实现了收集光纤与检测区的自对准，使该检测池的安装和使用更为方便，但是，该装置通过液体流路和激发光纤的物理接触，具有容易造成因为处理不当导致样品污染、光路污染等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置及其使用方法，光路结构简单，结构紧凑，且可避免样品和光路污染。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置，包括通过光纤依次连接的光纤激发器、检测模块和探测器，所述的检测模块内穿设有毛细管。

进一步地，所述的检测模块包括激发光纤组件，发射光纤组件以及设置于两者之间的检测窗口，所述的毛细管穿过该检测窗口。

更进一步地，所述的激发光纤组件包括从光纤激发器发射出的激发光纤，所述的发射光纤组件包括与探测器相连的发射光纤，所述的检测窗口位于激发光纤的出口侧和发射光纤的入口侧之间。

所述的激发光纤组件还包括设置在激发光纤出口侧的聚焦透镜，所述的发射光纤组件还包括设置在发射光纤入口侧的滤光片；所述的发射光纤在探测器的入口侧还设有微准直透镜。聚焦透镜用于对输入激发光纤进行准直，微准直透镜用于对输出的发射光纤进行聚焦接收，滤光片用于对特定波长光有非常高的透过率而其他波长光被反射和吸收，过滤不需要的波段。

所述的毛细管为石英毛细管，在检测窗口处剥离外部涂层。

所述的检测模块包括相交的毛细管管道和光纤管道，所述的毛细管设置在毛细管管道内，所述的光纤设置在光纤管道内。

进一步的，所述的光纤管道与毛细管管道垂直，所述的光纤管道包括分别位于毛细管管道两侧的激发光纤管道和发射光纤管道。激发光纤可伸入激发光纤管道，发射光纤可伸入发射光纤管道。

所述的毛细管管道两端设置弹性构件，所述的弹性构件厚度为0.8～1.2mm，口径为200～400μm，优选为厚度为1mm左右的硅胶圈。弹性构件用于对穿过毛细管管道的毛细管进行限位和固定。

所述的光纤检测装置还设有完全覆盖检测模块的遮光罩；所述的探测器为ccd图像传感器。遮光罩可防止外部光线对检测过程的影响，提高检测的准确性，探测器用于接收发射光纤，进行检测，将模拟信号转换成数字信号输出。

一种上述用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步：将毛细管中间部分剥离外部涂层并穿过毛细管管道，使剥离外部涂层的中间部分位于检测窗口处，将毛细管两端用弹性构件固定；

第二步：将聚焦透镜设置在激发光纤管道上靠近毛细管的一侧，将滤光片设置在发射光纤管道上靠近毛细管的一侧，将微准直透镜固定在探测器入口；

第三步：将激发光纤置入激发光纤管道，将发射光纤置入发射光纤管道；

第四步：让带有荧光的待检测物质进入毛细中，通过高压电源提供高电压让待检测物质经毛细管电泳分离到达检测窗口，光纤激发器发射出激发光纤，激发光纤经过聚焦透镜聚焦准直，激发检测窗口的荧光物质，荧光物质发射的荧光经过滤光片滤光处理后射入发射光纤，发射光纤经过微准直透镜准直后被探测器接收采集，由探测器进行数据分析和处理。

可将整个光纤检测装置通过螺丝可拆卸安装到任意指定底板上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明利用光纤激发器、微准直透镜、滤光片、探测器等器件的有效组合，大大简化了传统毛细管电泳荧光分析系统中的复杂的光路结构，组建出结构紧凑，集成度较高的毛细管电泳荧光分析检测系统；

2.本发明结构稳定，体积小，为毛细管电泳分析设备的微型化、小型化提供有利条件，具有良好的市场应用价值；

3.本发明避免了传统毛细管电泳荧光分析系统中对各光学元件角度的精密要求，使用更加灵活方便；

4.本发明通过毛细管管道和光纤管道的结构设计，使光纤与毛细管垂直设置，且避免了液体流路和光纤的物理接触，提高检测精度，避免样品污染或光路污染。

附图说明

图1为本发明用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明检测模块的整体结构示意图；

图3为本发明毛细管管道和光纤管道的结构示意图；

图中：1-光纤激发器，11-激发光纤，12-发射光纤，2-检测模块，21-聚焦透镜，22-检测窗口，221-毛细管管道，2211-毛细管，222-激发光纤管道，223-发射光纤管道，23-滤光片，24-微准直透镜，3-探测器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于毛细管电泳荧光分析的光纤检测装置，如图1所示，包括通过光纤依次连接的光纤激发器1、检测模块2和探测器3，检测模块2内穿设有毛细管2211。其中，光纤激发器1提供激发光纤11，用于提供光源，探测器3为ccd图像传感器。检测模块2被遮光罩覆盖。

如图2～3所示，检测模块2包括相互垂直且相交的毛细管管道221和光纤管道，以及依次设置的聚焦透镜21、检测窗口22、滤光片23和微准直透镜24，检测窗口22位于毛细管管道221和光纤管道接口处。光纤管道包括激发光纤管道222和发射光纤管道223，激发光纤11设置在激发光纤管道222内，入口侧连接光纤激发器1，出口侧靠近检测窗口22，发射光纤12设置在发射光纤管道223内，入口侧靠近检测窗口22，出口侧连接探测器3。聚焦透镜21位于激发光纤11的出口侧，用于对输入激发光纤11进行聚焦准直，微准直透镜24位于探测器3的入口侧，用于对输出的发射光纤12进行聚焦接收，滤光片23用于对特定波长光有非常高的透过率而其他波长光被反射和吸收，过滤不需要的波段。探测器3用于接收经微准直透镜24准直后的发射光纤12，以进行检测分析，实现数模转换。

在毛细管管道221内放置中间部分剥离外部涂层的毛细管2211，并使剥离外部涂层的中间部分位于检测窗口22，在毛细管管道221两端设置硅胶圈对毛细管2211进行固定。

检测之前，让带有荧光物质的样品进入毛细管2211中，通过高压电源提供高电压让待检测物质经毛细管电泳分离到达检测窗口22，光纤激发器1发射出激发光纤11，激发光纤11经过聚焦透镜21准直激发检测窗口22的荧光物质，经过滤光片23滤光处理，发射光纤12经过微准直透镜24准直后被探测器3接收采集，由探测器3进行数据分析和处理。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。