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说　明　书　摘　要

一种旋转扫描式毛细管激光诱导荧光检测系统，其特征在于：

系统主要由机械扫描单元

（1）、多通道识别单元

（2）、荧光信号检测光路（3）、光电转换单元（4）和多通道毛细管电泳芯片（5）组成。

其中，机械扫描单元包括电机（6）、减速齿轮（7）、转盘（8）、曲柄（9）和扫描轴（10）；多通道识别单元包括发光二极管（12）、光调制板（13）和光电接收器（14）；荧光信号检测光路包括激发光源（15）、激发光纤（16）、接收光纤（17）、光路架（22）、聚焦透镜（23）、裸光纤（25）、窄带滤光片（26）和雪崩二极管（27）。

系统以光纤代替传统激光诱导荧光检测系统中复杂、庞大的共聚焦检测光路，利用雪崩二极管作为荧光信号检测器件，通过曲柄实现了电机的匀速转动到扫描轴的扫描运动转换；其采集和控制电路均为ARM数字电路，具有运行稳定、控制灵活的特点。

摘要附图

权　利　要　求　书

1、一种旋转扫描式毛细管激光诱导荧光检测系统，其特征在于：

系统由机械扫描单元

（1）、多通道识别单元

（2）、荧光信号检测光路（3）、光电转换单元（4）和多通道毛细管电泳芯片（5）组成。

其中，机械扫描单元包括电机（6）、减速齿轮（7）、转盘（8）、曲柄（9）和扫描轴（10）；多通道识别单元包括发光二极管（12）、光调制板（13）和光电接收器（14）；荧光信号检测光路包括激发光源（15）、激发光纤（16）、接收光纤（17）、光路架（22）、聚焦透镜（23）、裸光纤（25）、窄带滤光片（26）和雪崩二极管（27）。

2、根据权利要求1所述的旋转扫描式多通道毛细管电泳芯片激光诱导荧光检测系统，其特征在于：

激发光源（15）选用绿色半导体泵浦固体激光器，其发射波长为532nm，功率为5~50mW之间连续可调，并与单模光纤直接耦合；分析样品为罗丹明B荧光染料，其在绿色激光（20）的激发下产生波长580nm的荧光（21）；光电转换器件（27）前端采用的窄带滤光片（26）中心波长为578nm；聚焦透镜（24）透过率大于89%，数值孔径为0.46，最大节距为0.5p。

3、按照权利要求1或2所述的旋转扫描式多通道毛细管电泳芯片激光诱导荧光检测系统，其特征在于：

光电转换器件选用C30902E型雪崩光电二极管（27），其有效感光面积为0.2mm2，长时间正向和反向工作电流分别为5mA和200A，最大功耗为60mW；毛细管电泳芯片高压电源系统由24V直流电源供电，输出电压范围为0~5000V，输出电流范围为0~0.25mA，STM32F103控制器是整个高压电源系统的核心，它通过闭环系统对高压模块进行控制。

说　　明　　书

一种旋转扫描式毛细管激光诱导荧光检测系统

技术领域

本发明属于分析化学检测领域，涉及一种旋转扫描式毛细管激光诱导荧光检测系统，可应用于疾病诊断和生物医学等领域。

背景技术

毛细管电泳芯片（CapillaryElectrophoresisMicrochip,CEM）系统是微流控芯片分析系统中的研究热点之一，它是一种在玻璃、石英、塑料等芯片的微细通道或色谱柱中，以电场为驱动力，借助于分子或离子在电迁移或分配行为上的差异，对复杂样品中的多种组分进行高效、快速分离分析的技术。

在利用CEM系统进行生化分析的过程中，被测样品的组分及含量等相关信息需要由检测系统来测定。

由于芯片中毛细管的内径一般为10μm~100μm，样品进样量极少，因而对检测系统的灵敏度、分辨率及响应速度等都有较高的要求，检测系统的性能将直接决定CEM分析系统的整体性能。

CEM分析系统的检测方法主要有激光诱导荧光检测（LaserInducedfluorescence,LIF）、化学发光检测、电化学检测、吸收光度检测和质谱检测等。

根据光学系统的不同，LIF检测可分为共聚焦型和非共聚焦型,其中，共聚焦型是最常用的检测系统，它主要由激发光源、光路系统、光电转换器件、信号处理系统等组成，其优点是对荧光与激发光、反射光和杂散光的分离更为有效，具有较高的灵敏度和信噪比。

但是，由于系统光路部分体积较大、结构较为复杂，用于多通道芯片检测时需要附加更复杂的光学系统，不利于多通道毛细管电泳芯片检测系统的进一步微型化与集成化。

因此，本发明提出了一种基于光纤扫描的四通道毛细管电泳芯片激光诱导荧光检测系统，系统利用一对光纤组成激光导入及荧光传输的光路系统，并配以专门的通道识别电路，可以对四个不同分离通道内的样品信号进行识别及检测，实现了不同通道样品的并行检测。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种检测方法，专用于多通道毛细管电泳芯片荧光信号检测，可以通过相对简单的光学结构有效地消除激发光对检测结果的干扰，实时获得电泳芯片分离通道内的荧光信号。

本实用新型提供了一种旋转扫描式毛细管激光诱导荧光检测系统，主要由机械扫描单元

（1）、多通道识别单元

（2）、荧光信号检测光路（3）、光电转换单元（4）和多通道毛细管电泳芯片（5）组成。

其中，机械扫描单元中与齿轮（7）、转盘（8）相连的电动机（6）在一定速率下做匀速圆周运动，从而使扫描轴（10）在曲柄（9）的带动下在毛细管电泳芯片（5）上方做一定角度的扇形扫描运动，进而使固定在扫描轴上的激发光纤（16）和接收光纤（17）也随之在芯片上方做往复的扫描，实现了多通道扫描功能。

此外，激发光源（15）发出的绿色激光束（20）经激发光纤（16）照射至多通道毛细管电泳芯片（5）表面，当光束扫描至电泳芯片上的微通道检测点（18）时，微通道中的荧光染料在激光的激发下产生荧光信号（21），该荧光信号通过接收光纤（17）传输至光电转换单元（4）进行处理。

多通道识别单元由发光二极管（12，LightEmittingDiode,LED）、光调制板（13）、光电接收器（14）及信号处理电路组成。

其中，光调制板上白色的透光区域和黑色的遮光区域相间排列，透光区域的宽度及其之间的距离与多通道毛细管电泳芯片微分离通道的宽度及其之间的距离具有相同的对应关系。

当LED发出的光束照射至光调制板上的透光区域时，多通道识别单元的光电接收器检测到光信号，输出高电平；反之，当光束照射至遮光区域时，光电接收器检测不到光信号，输出低电平。

这样，当光调制板在扫描轴的带动下在毛细管电泳芯片上方往返扫描时，多通道识别单元的光电接收器的输出端得到一个脉冲序列。

通道识别脉冲如图4所示，当扫描轴从左向右扫描时，脉冲信号1和2之间对应的是毛细管电泳芯片最左端的分离通道①，脉冲信号2和3之间对应分离通道②，依次类推；反之，当扫描轴从右向左扫描时，脉冲信号5和4之间对应分离通道④，脉冲信号4和3之间对应分离通道③，依次类推。

当扫描轴往复扫描时即实现了多通道识别功能。

本发明的有益效果为：

系统通过固定在扫描轴上的两条光纤来分别传输激发光和荧光信号，设计出专门的通道识别电路，实现了对不同分离通道内荧光信号的识别及检测结果的描述。

嵌入式控制系统以STM32F103芯片为核心，在简单外围接口电路的配合下实现了高速荧光信号采集、通道识别及同上位机通信等功能；同时，使用雪崩二极管作为光电信号检测器件，既降低了电路设计的复杂度，又减小了整个检测系统的体积，实现了高增益电泳荧光信号的测量。

系统的优点在于在不明显降低灵敏度的前提下大大简化光路结构，结构紧凑、功耗小，以较简单的机械结构形式得到较高的检测灵敏度。

附图说明

图1为旋转扫描式多通道毛细管电泳芯片激光诱导荧光检测系统结构示意图；

图2为荧光信号检测光路结构示意图；

图3为四通道毛细管电泳芯片实物图；

图4为纯净水和不同浓度的罗丹明B样品溶液注入电泳芯片微通道时分离过程的系统检测结果。

附图标识：

1-机械扫描单元；2-多通道识别单元；3-荧光信号检测光路；4-光电转换单元；5-多通道毛细管电泳芯片；6-电机；7-减速齿轮；8-转盘；9-曲柄；10-扫描轴；11-旋转方向；12-发光二极管；13-光调制板；14-光电接收器；15-激发光源；16-激发光纤；17-接收光纤；18-检测点；19-扫描方向；20-绿色激光；21-激发荧光；22-光路架；23-聚焦透镜；24-检测通道；25-裸光纤；26-窄带滤光片；27-雪崩光电二极管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

毛细管电泳芯片微通道中样品分离的步骤为：

清洗芯片通道，然后置于恒温箱中烘干，配置缓冲液和罗丹明B样品溶液；将缓冲液注入电泳通道，用光学显微镜观察通道中有无气泡和微小颗粒；根据芯片结构尺寸设置进样电压和分离电压；将芯片置于检测平台，调整扫描探头与芯片间的垂直及水平方向上的距离，以达到最佳检测位置；将样品溶液注入样品池，插入电极；起动高压电源和检测系统的扫描检测，绘制检测结果；待检测曲线绘制完毕后，如果需要二次进样则重复上述过程，否则关闭系统；取出芯片后用无水乙醇进行清洗，待实验结束后检查系统。

为考察检测系统的性能，将四通道毛细管电泳芯片中的第1和第2个通道注入纯净水，第3和第4个通道分别注入1.0×10-5mol/L和1.0×10-4mol/L的罗丹明B样品溶液，并分别施加进样和分离电压，检测系统对四通道扫描得到的电泳谱图如图5所示。

由于第1、第2通道中注入的为纯净水，它们的检测信号幅值相同，其检测曲线相互交叠，并与横轴相重叠。

另外的两条曲线则反映了毛细管电泳分离的过程：

开始进样时，样品还没有进入分离通道，放置在检测部位的光电探测器没有检测到激光激发出的荧光信号，故曲线前一部分值为零；当样品被切换到分离通道，并在分离电压的作用下移动到光电探测器检测部位时，激光激发出的荧光信号立即被光电探测器接收，对应的检测曲线出现峰值；当样品全部通过检测点后，没有荧光信号，检测曲线值重新降为零。

此外，由于通道4中注入样品的浓度较大，因此，其对应的电泳谱图峰值也较大。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

说明书附图

图1

图2

图3

图4

图5

具体要求：

1）建立以自己学号+姓名命名的文件夹：

如“2014065+张三”，文件夹中包含三类文件，一是专利撰写过程中可能会参考其他人员的理论和技术，必须给出具体来源和出处（比如参考了博士论文，给出PDF文件；参考了网页上的文件，给出具体的文件；参考了相关专利，给出专利的PDF文件，相关文件可在图书馆网上查阅下载）；二是专利具体文档；三是专利中用到的附图。

2）专利撰写用WORD文档完成，完全参考已有格式，文字要和模板文字完全一致，不能自由发挥，更不能直接将别人的文字进行拷贝、粘贴。

3）专利中的图片要求用VISIO软件完成（如下图1、2所示），不能直接通过打印屏幕和截图等方式完成，确实需要应用相关截图和网页文档等图片的（如下图3、4所示），可以在VISIO软件中联合编辑。

4）专利撰写不可能一次完成，需要仔细推敲，尽可能在借鉴别人的基础上，写出自己的东西。

图1

图2

图3

图4