CN1260875A - 改进的荧光检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种荧光检测装置,用于确定分析物在液态或气态媒质中的出现或集聚,包括一光纤盘(12),该光纤盘包括具有较小数值孔径的光纤。该光纤盘位于一光检测器上并在其顶表面上具有一层可透过分析物的荧光矩阵(22)或经涂覆的波导材料。所述荧光矩阵或波导涂覆包含指示分子,其荧光由局部出现的分析物调节。一光源以平行于光纤盘的顶表面的方向向荧光矩阵发光。从光源吸收光后,荧光矩阵中的指示分子发出荧光,该荧光穿过光纤盘到达光检测器。
Description
本发明背景
1、本发明领域
本发明涉及一种电—光检测装置，用于检测分析物在液态或气态媒质中的出现或集聚。更具体地，本发明涉及一种荧光检测装置，其特点是结构紧凑、灵敏度高并且信噪比高。
2、背景技术
美国专利5,517,313，其内容结合在此作为参考，公开了一种荧光检测装置，包括：包含荧光指示分子的矩阵(下文称为“荧光矩阵(fluorescent matrix)”)的分层阵列、高通滤波器和光检测器。在该装置中，光源、最好是发光二极管(“LED”)，至少部分地位于荧光矩阵内，从而来自光源的入射光使得指示分子发出荧光。高通滤波器使得发射的光到达光检测器，同时滤掉来自光源的散射的入射光。
美国专利5,517,313中描述的装置中采用的指示分子的荧光被局部出现的分析物调节，例如被衰减或增强。例如，复合过氯酸三(4，7-二苯-1，10-菲咯啉)钌的桔红色荧光被局部出现的氧熄灭。因此这种复合物可以有利地用作氧传感器的指示分子。类似的，还公知一些其他的指示分子，其荧光受特定分析物的影响。
在美国专利5,517,313描述的传感器中，分析物可以透过荧光矩阵。因而，分析物能从周围测试媒质扩散进荧光矩阵中，从而影响由指示分子发出的荧光。光源、荧光矩阵、高通滤波器和光检测器被设置成，指示分子发出的荧光的至少一部分入射到光检测器上，产生一电信号，指示分析物在周围媒质中的集聚。
虽然美国专利5,517,313描述的检测装置代表了对原有技术的显著改进，仍需要比该装置更紧凑而且具有更优越的检测性能的传感器。因而，本发明的一个目的是对上述专利中描述的检测装置进行改进。
附图简述
将结合附图说明本发明，其中：
图1是根据本发明的检测装置的一个实施例的立体图；
图2是图1中所示的检测装置的剖面分解图；
图3是图1中所示的检测装置的光源及周围结构的放大剖面图；
图4是根据本发明的检测装置的另一个实施例的剖面图；
图5是一光纤的示意图，示出光接收锥；
图6是根据本发明的检测装置的另一个实施例的剖面图；
图7是采用光波导的本发明的一个实施例的剖面图；
图8是本发明的检测装置的多通道实施例的立体图；
图9是用于本发明的多通道实施例的光检测器的俯视图。
本发明概述
根据本发明，用于确定分析物在液态或气态媒质中的出现或集聚的荧光检测装置包括：
(a)具有顶和底表面的光纤盘，所述光纤盘包括具有较小数值孔径的光纤；
(b)位于所述光纤盘顶表面上的一层可透过分析物的荧光矩阵，所述荧光矩阵包含荧光指示分子，其荧光受出现在所述荧光矩阵中的分析物调节；
(c)以在指示分子中激励荧光的波长发光的光源；所述光源发出的至少一部分光在荧光矩阵内被导向成大致平行于光纤盘的顶表面；和
(d)位于光纤盘的底表面上的光检测器，该光检测器响应于所述荧光指示分子发出的荧光产生电信号。
本发明的详细描述
图1示出了根据本发明的荧光检测装置的立体图。传感器10包括具有顶和底表面24和25的光纤盘12。该光纤盘是从一包含具有较小数值孔径的光纤的光纤束上横向截取的一部分。该光纤束可以是相干光纤束，即，其中光纤端的相对部分被保持在光纤盘的两个表面上。但是，由于在本发明装置的大多数应用场合中真实图象的传输并不重要，因此通常不必使用相干光纤束。光纤盘12内的光纤在顶表面24处以基本上垂直于该表面的方向终止。最好光纤也与底表面25垂直。
每个光纤由具有第一折射率的玻璃纤芯和具有第二折射率的玻璃包层构成。还可将每个光纤嵌入一不透明材料，使得以较大角度偏离轴线的光纤间的光传输最小化。
光纤盘12有效地提供一零厚度窗。由于总的内部反射，进入光纤的光以很小的损耗穿过光纤。
光纤盘12中的光纤为传统的光纤，其直径范围有利地为从约5.5至约75微米。当用激光烧蚀来形成光纤盘12的表面时，最好使用具有较小的纤芯和包层尺寸的光纤。已发现这种小光纤的表面缺陷最小，所述缺陷是由于纤芯和包层材料的烧蚀速度不同造成的。因而，当使用激光烧蚀时，光纤的直径小于40微米是较好的，最好小于25微米。
光纤盘12的直径和厚度可根据传感器的应用场合改变。在典型的结构中，光纤盘12的直径范围为从约0.025mm至约15mm，最好为从约2.5mm至约13mm，其厚度范围为从约1至约25mm。
如下面详细描述的，光纤盘12的一个功能是使得由传感器中使用的光源产生的入射光的传输最小化。这一功能是通过利用具有较小孔径的光纤来实现的。也就是，光接收锥很窄，从而只有相对于光纤轴线以小角度入射到光纤端的光穿过光纤。图5中示出了具有纵轴41和光接收锥43的光纤50。半接收角，θ，是形成在轴线41和最大光接收角之间的角度。通过适当选择纤芯玻璃和包层材料，光纤的制造者能够控制光纤的光接收锥。小孔径光纤束是公知的。例如见美国专利5,543,870。
光纤的孔径被表示为“数值孔径”。数值孔径被定义为接收锥的半角的正弦，即sinθ。光纤盘12由具有较小数值孔径的光纤构成，该数值孔径较好为从0至约0.7，最好为从约0.1至约0.5。适用于本发明的光纤盘可以从市场上、例如美国马萨诸塞州Southbridge的Schott FiberOptics公司买到。
荧光矩阵层22位于光纤盘12的顶表面24上。荧光矩阵包含荧光指示分子27，其荧光被局部出现的分析物调节。分析物可以透过该荧光矩阵22，因而分析物分子可以以与周围液态或气态媒质中的分析物的集聚度相关的速率扩散进入该矩阵或者从该矩阵扩散出来。该矩阵可由直接涂覆在光纤盘12的顶表面24上的荧光指示分子27构成。通过使用硅烷连接器可以有利地完成荧光指示分子的直接涂覆。最好，荧光矩阵22为聚合物矩阵，可以将它制成片状或薄膜，通过在原地由单聚物或低聚物蒸发或聚合而沉积为薄膜。该矩阵中使用的聚合物在指示分子的激励和发射波长上应该是透光的。多种聚合物可以用来制备荧光矩阵22。已被发现对于制备氧传感器有用的聚合物系统采用可以从美国马萨诸塞州Pittsfield的通用电气公司买到的硅氧烷聚合物RTV118。该聚合物可在1∶1至1∶6的石油醚/三氯甲烷混合物中溶解。上述的荧光指示钌复合物可以以从0.1至1mM的浓度混合到聚合物溶液中。然后将得到的混合物施加到光纤盘12的顶表面24上。溶液的蒸发使得在顶表面24上沉积形成荧光矩阵薄膜22。
在一个实施例中，可以通过例如激光烧蚀或机械研磨在光纤盘12的顶表面24中加工出一个凹入区18。荧光矩阵22填充在该凹入区18中。该凹入区有利于沉积形成厚度均匀的荧光矩阵22。
在另一实施例中，如图6中所示，可以在光纤盘12的顶表面24中加工出一个槽53。该槽用来在施加液态的荧光矩阵22时阻止其蔓延。通过控制施加液体的体积，例如使用微量滴管或注射管，可以产生均匀厚度的薄膜。
在图7示出的另一实施例中，可以用波导材料71来替代荧光矩阵22。在该实施例中，荧光指示分子73位于波导材料71的表面上，从而它们可以与液态或气态测试媒质相接触。从LED20发出的光通过内部反射被基本上保留在波导71内部。从波导材料和周围媒质的交界面反射的光穿过该材料的表面足够的距离以入射到沉积在表面上的荧光指示分子73上，从而在指示分子中激励出取决于分析物—浓度的荧光。
波导材料是由具有比其接触的液态或气态媒质高的折射系数的透明材料制成的。一种合适的材料例如为透明的丙烯酸聚合物。当用波导材料替代荧光矩阵时，它不必能让分析物透过，因为荧光指示分子位于波导材料的表面上。结合荧光矩阵材料描述的任何实施例都适用于波导实施例。
在实施本发明时，可以采用以适当的激励波长发光并且至少一部分光可以以基本上平行于光纤盘12的顶表面24的方向通过荧光矩阵22的各种光源。
本发明的传感器中使用的光源最好是发光PN结。这种器件是公知的。一旦在PN结上施加电势，便以基本上位于PN结平面中的方向发光。PN结可以做成各种结构。为方便起见，下文将其描述为普通的发光二极管(“LED”)20。
LED20的位置设置成，它在荧光矩阵层22内发光。如图1和图2中最佳地表示的，LED20有利地位于光纤盘12的上表面中的一个凹坑15中。将LED有利地定位成，其PN结大致位于荧光矩阵22的厚度的中心。
LED20的顶和底表面分别连接了电导线14和17，该导线又连接至合适的电源(未示出)。在光纤盘12中切出了一个槽28以容纳下面的导线17。LED可以极小，通常其边缘尺寸为200至300微米。
如图3所示，由于LED从其边缘发光，至少一部分光以平行于光纤盘12的顶表面24的方向从LED向外辐射。因而，LED20发出的激励光通过荧光矩阵22并被指示分子27吸收，使得其发荧光。
本领域的熟练人员将理解，可以用很多其他技术来生成荧光矩阵层22。例如，荧光矩阵可以制成薄片形式，并且可以将适当大小的部分放置在光纤盘12的顶表面24上并用透光胶固定。或者，可以采用美国专利5,517,313中描述的结构，用光纤盘12替代该装置中采用的高通滤波器。
一部分从指示分子发出的光穿过光纤盘12并被光检测器11检测到。小孔径光纤35将接收由位于这种光纤的光接收锥内的荧光指示分子发出的光。另一方面，由LED20发射的以大于半接收角的角度入射到光纤上的光线38不穿过光纤盘12。从而光纤盘12用来高效地传输由指示分子27发出的荧光，同时减少从LED20到达光检测器11的光的量。
光检测器11可以是由两个半导体交界得到的传统固态光检测器。
光检测器11有利地具有感光区28，其大小和形状对应于光纤盘12的底表面25。该感光区可以用公知的光掩蔽和注入掺杂方法生成。电连接23可以位于感光区28外部。
光检测器响应于入射到其上的荧光的量产生一电信号。该信号由电导线16和底表面19传送给适当的放大器和测量电路(未示出)。
光纤盘12和光检测器11可以用合适的光学胶机械地结合在一起。这种胶将部件相结合，但并不大量吸收穿过光纤盘的荧光。光学胶的折射系数最好等于或大于光纤的纤芯的折射系数，以利于光从光纤通过光学胶传输。一种合适的胶是美国马萨诸塞州的Bilerica的EpoxyTechnology公司的EpotekTM No.377。
在图4示出的实施例中，光纤盘用作信号增强器。在该实施例中，一锥形的光纤束42被用作图1-3中所示的光纤盘12。锥形光纤束是公知的。例如，见美国专利5,600,751。结果，入射到顶表面44上的光在底表面46上集中。因而，由荧光矩阵22产生的荧光信号的强度在光检测器11处增强。以这种方式可以达到2或更多，较好为5或更多，最好为10或更多的信号增强因数。
锥形光纤束42的尺寸可以根据应用而改变。在采用该实施例的典型传感器中，顶表面44的直径范围为从10到50mm，底表面46的直径范围为从0.25到20mm。如在美国专利5,600,751中说明的，锥形光纤束可以采用各种形状。光纤可以是弯曲的以适应传感器的特定物理设计。
本发明的传感器可以有利地被配置用于多通道应用场合。图8示出了这样一种装置。传感器80包括锥形光纤束82。可以在光纤束82的顶表面78中形成多个凹入区81。每个凹入区81包含荧光矩阵或涂覆了荧光指示分子的波导材料79，并且包含发光PN结83，其位置如前所述。通过导线86和87向PN结83施加电势。
光检测器88位于光纤束82的底表面77上。光检测器88生成与穿过光纤束82的荧光的强度相关的电信号。
每个凹入区81可以包含一个响应于不同分析物的不同荧光指示分子。因而传感器80可以用来同时检测多种分析物的存在或集聚。光检测器88可以具有单一的感光区，在这种情况下，每个PN结83可以被顺序点亮，并且与每次顺序点亮同步地测量光检测器88产生的信号。或者，可以采用图9中所示的光检测器。在该实施例中，可以通过光掩蔽或激光刻蚀技术生成分开的感光区96、97、98和99。这些凹入区分别从每个凹入区81接收荧光，并且通过光检测器90的电接点92、93、94和95以及底表面91传输电信号。当使用如图9中所示的分开的通道光检测器时，光纤束82最好是相干光纤束。
这些装置的结构允许使用荧光矩阵薄膜。薄膜的厚度有利地为从500到200微米，较好为从10到100微米，最好为从10到20微米。
荧光矩阵薄膜22或涂覆在波导71上的表面比较薄，以及使用嵌在薄膜22或波导71中的边缘发射PN结，给本发明的装置带来了独特的并且是有利的特性。该装置的响应时间主要受分析物扩散进入包含指示分子的薄膜以及从中扩散出来的速度的影响。本发明装置中采用的薄膜具有大的表面积而厚度较小。因此，分析物可以很快地扩散到指示分子所在的位置。
另一方面，从荧光指示分子得到的光信号受位于激励光通路中的这种分子的集聚度的影响。因为激励光从LED20横穿薄膜22或波导71，光效率被最大化。
因而，可以看出，用于光吸收和随后的荧光的尺寸与分析物必须扩散进入包含指示分子的材料的尺寸无关。光吸收由Beer法则定义，而扩散的速度由Fick法则定义。见Chang，Physical Chemistry，第64-147页，McMillan，New York(1977)。这两个现象的解耦产生了具有非常快的响应时间同时保持高信噪比的装置。
在本发明的传感器中使用光纤盘或锥形光纤束使得到达光检测器的激励光最少，从而使噪声最小。锥形光纤束实施例具有额外的优点，即，将荧光信号集中以提高光通量密度，从而将样品集中的需求最小化。如果需要，可以通过在光纤盘或锥形光纤束的底表面或顶表面上放置截止滤光器来进一步减小噪声。一种优选的滤光器是薄膜、分光SiO2/TiO2电子束沉积滤光器，例如可以从美国California，Santa Rosa的Optical CoatingLaboratories，Inc买到，在结合在此作为参考的美国专利5,200,855中有所描述。该滤光器被选择成使得由荧光指示分子发出的光通过而滤掉由光源发出的光以及大部分环境光。本发明的荧光传感器可以用于测量分析物在液态或气态媒质中的出现或集聚。当用在液态或有害环境中时，该传感器和相连的电子元件可以被封装在惰性树脂材料、例如环氧树脂中，只把包含指示分子的薄膜22或经涂覆的波导71暴露在测试媒质中。本发明的传感器在工业、医疗和环境领域具有广泛的应用。这些应用的实例在美国专利5,517,313中有所描述。适用于检测氧的荧光传感器由Colvin等人在Johns Hopkins APL Technical Digest，17(4)，377-385(1996)中有所描述，并结合在此作为参考。
已结合特定的实施例描述了本发明的荧光传感器。本领域的熟练技术人员将理解，在不偏离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下可以作出各种修改。
Claims (19)
1、一种荧光检测装置，用于确定分析物在液态或气态媒质中的出现或集聚，包括：
(a)具有顶和底表面的光纤盘，所述光纤盘包括具有较小数值孔径的光纤；
(b)位于所述光纤盘顶表面上的一层可透过分析物的荧光矩阵，所述荧光矩阵包含荧光指示分子，其荧光受出现在所述荧光矩阵中的分析物调节；
(c)以在指示分子中激励荧光的波长发光的光源；所述光源发出的至少一部分光在荧光矩阵内被导向成大致平行于光纤盘的顶表面；和
(d)位于光纤盘的底表面上的光检测器，该光检测器响应于所述荧光指示分子发出的荧光产生电信号。
2、根据权利要求1的荧光检测装置，其中所述光纤盘中的光纤的数值孔径为从0到约0.7。
3、根据权利要求1的荧光检测装置，其中所述光纤盘中的光纤的数值孔径为从约0.1到约0.5。
4、根据权利要求1的荧光检测装置，其中所述光源是发光PN结。
5、根据权利要求4的荧光检测装置，其中所述光源是发光二极管。
6、根据权利要求4的荧光检测装置，其中所述发光PN结至少部分地位于荧光矩阵内。
7、根据权利要求1的荧光检测装置，其中荧光矩阵包括分布在聚合物中的荧光指示分子，该聚合物在荧光指示分子的激励和发射波长上是透光的。
8、根据权利要求1的荧光检测装置，其中光纤盘是锥形光纤束。
9、根据权利要求8的荧光检测装置，其中该锥形光纤束将荧光矩阵发出的荧光以至少为2的因数集中在光检测器上。
10、根据权利要求1或8的荧光检测装置，其中该荧光矩阵的厚度为从约500到约200微米。
11、根据权利要求10的荧光检测装置，其中该荧光矩阵的厚度为从约10微米到约100微米。
12、根据权利要求1或8的荧光检测装置，其中该光纤盘的顶表面有一个凹入区，该凹入区的深度和直径足以容纳荧光矩阵层。
13、根据权利要求1或8的荧光检测装置，其中该光源位于光纤盘的顶表面中的一个凹坑中，从而PN结大致位于荧光矩阵的厚度的中心。
14、根据权利要求1或8的荧光检测装置，其中在光纤盘的顶表面中切出一个槽，该槽环绕光源，用来阻止以液态形式施加的荧光矩阵的蔓延。
15、根据权利要求1或8的荧光检测装置，其中该指示分子是复合过氯酸三(4，7-二苯-1，10-菲咯啉)钌，该荧光检测装置为氧检测装置。
16、根据权利要求1或8的荧光检测装置，还包括位于光纤盘的顶表面或底表面上的一个截止滤光器，所述截止滤光器对于由荧光指示分子发射的光具有较低的吸收率，而对由所述光源发射的光具有较高的吸收率。
17、根据权利要求1或8的荧光检测装置，包括位于所述光纤盘的顶表面上的多个独立的荧光矩阵区，每个区包含一个响应于一不同分析物的荧光指示分子。
18、根据权利要求17的荧光检测装置，其中光检测器包括对应于每个独立的荧光矩阵区的独立的感光区。
19、一种荧光检测装置，用于确定分析物在液态或气态媒质中的出现或集聚，包括：
(a)具有顶和底表面的光纤盘，所述光纤盘包括具有较小数值孔径的光纤；
(b)位于所述光纤盘顶表面上的一层波导材料，所述波导材料在其表面具有荧光指示分子，其荧光受分析物的出现调节；
(c)以在指示分子中激励荧光的波长发光的光源；所述光源发出的至少一部分光在波导内被导向，使得它基本上被包含在波导内并且在波导表面上的指示分子中激发荧光；和
(d)位于光纤盘的底表面上的光检测器，该光检测器响应于所述荧光指示分子发出的荧光产生电信号。
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Cited By (3)
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| US20020119581A1 (en) * | 2001-01-05 | 2002-08-29 | Daniloff George Y. | Detection of analytes |
| US6630999B2 (en) * | 2001-05-01 | 2003-10-07 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Color measuring sensor assembly for spectrometer devices |
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| US7108659B2 (en) * | 2002-08-01 | 2006-09-19 | Healthetech, Inc. | Respiratory analyzer for exercise use |
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| JP5099369B2 (ja) * | 2006-05-01 | 2012-12-19 | 富士レビオ株式会社 | 金属コーティングにてカプセル化された非金属蛍光粒子 |
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| EP2567218A4 (en) * | 2010-05-03 | 2017-11-08 | The Regents of The University of California | Wide-field lensless fluorescent imaging on a chip |
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Family Cites Families (7)
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|---|---|---|---|---|
| US4389670A (en) * | 1981-12-30 | 1983-06-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Electronic method for autofluorography of macromolecules on two-D matrices |
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| US5489988A (en) * | 1995-01-03 | 1996-02-06 | Motorola | Environmental sensor and method therefor |
| US5517313A (en) * | 1995-02-21 | 1996-05-14 | Colvin, Jr.; Arthur E. | Fluorescent optical sensor |
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-
2000
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100533125C (zh) * | 2005-02-17 | 2009-08-26 | 松下电器产业株式会社 | 荧光测定装置 |
| CN104168838A (zh) * | 2012-02-20 | 2014-11-26 | 国立大学法人浜松医科大学 | 荧光检测装置 |
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| CN104181134A (zh) * | 2014-07-30 | 2014-12-03 | 深圳市开天源自动化工程有限公司 | 荧光检测装置 |
| CN104181134B (zh) * | 2014-07-30 | 2016-08-17 | 深圳市开天源自动化工程有限公司 | 荧光检测装置 |
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