CN115046974A - 荧光性检测能力到光吸收率测量装置中的结合 - Google Patents
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Abstract
公开的是用于测量样本中的物质的荧光性和吸收率装置（1），所述装置（1）包括：用于包含样本的流通池（2）、第一光源（3）、用于将光从第一光源（3）传输到流通池（2）以用于照射在其中包含的样本的第一导体（5）、用于将光从流通池（2）传输到布置成检测已经通过所述池（2）的电磁辐射的样本检测器（9）的第二导体（7），以及布置成从参考检测器（15）接收第一信号（31）并且从样本检测器（9）接收第二信号（32）并且基于所述第一信号和第二信号（31，32）确定吸收率的处理单元（16），所述装置（1）进一步包括第二光源（4）、用于将光从第二光源（4）传输到池（2）的第三导体（6），并且其中样本检测器（9）进一步布置成也检测已经通过流通池（2）的光中的荧光信号。本发明还涉及用于测量样本中的物质的吸收率和荧光性的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测样本中物质的光吸收率和荧光性的装置和方法。
背景技术
样本的各种性质的精确检测是具有技术的不同领域中的多个应用的范围。例如，在液相色谱法内，经常要求用来确定样本中的化学元素的量的荧光性的检测。然而，荧光性检测设备经常是昂贵的和庞大的，因为它们结合高灵敏度和波长选择能力。例如,如通过CN2856989是已知的，经常使用分光仪以检测不同波长的荧光信号。
用于测量荧光性的其它方法也是已知的，例如通过被连接到更低成本的光学分光仪的并且将被浸入在样本中的光纤探针的使用。由此实现更成本有效的装置，但是以低得多的灵敏度。
因此通常存在对于能够以成本有效的方式生产并且在测量样本的性质方面仍保持高灵敏度和精确性的用于检测荧光性的装置和方法的需求。
发明内容
本发明的目标是要实现用于测量样本中的物质的荧光性和光吸收率的成本有效的装置和方法。
本文中，“光”意图包含可见和不可见的电磁辐射。本文中，“荧光性”和类似的单词意图包含通过物质（自然荧光性）来发射的光（可见的或者不可见的），或者通过荧光分子或者与物质（包含荧光性）相关联的其它物体（例如，附连到物质的荧光染料）来发射的光。将会理解，如本文所使用的术语“物质”指任何化学实体。特别地，它包含有机化合物和无机化合物。有机化合物的示例包含但不限于蛋白质、肽、碳水化合物、脂质、核酸、蛋白质核酸、候选药物以及异型生物质。无机化合物的示例包含金属盐，例如硫酸铁、氯化铜、硝酸镍等等。
在本发明的第一方面中，提供了根据所附的独立权利要求的装置和方法，其中样本检测器布置成检测样本中的物质的吸收率和荧光性。由此相同的装置能够被用来测量吸收率和荧光性两者，给予了成本有效、高灵敏度荧光性检测和将这些能力结合到也布置成测量样本的另一个性质（即吸收率）的装置两者的优势。因为用于测量荧光性的许多组件也被要求用于测量吸收率，由此能够实现显著的优势。
根据本发明的方面，样本检测器是至少一个光电检测器。由此装置能够被制造为小并且成本有效的，并且仍然允许多个不同波长的光的检测。
根据本发明的一个方面，用于测量吸收率的第一光源是UV光发射二极管。由此能够实现窄带宽、低成本以及稳定组件的优势，并且具有若干其它优势，包含通过电池或者其它低电压功率源来供电以及在组件能够被可靠地使用之前避免预热时间。
根据本发明的一个方面，用于测量荧光性的第二光源是UV光发射二极管。由此能够测量物质的天然的荧光性而不要求将荧光分子应用到物质的需求。
根据本发明的一个方面，第一光源和第二光源中的至少一个是脉动的。由此光源能够被控制,使得每次只一个发射光，给予用于以更高灵敏度测量吸收率和荧光性的机会并且还允许背景光的测量以作为参考值而不要求完全地关闭光源中的任一个。
根据本发明的一个方面，第一滤波器布置在第二导体和样本检测器之间，所述第一滤波器布置成阻塞通过第二光源发射的波长的光。由此能够改进荧光信号的检测，因为允许更小量的对于检测不相关的光到达样本检测器。
根据本发明的一个方面，第一导体还是第三导体,使得来自第一光源和第二光源的光通过相同的导体被传输到池。由此能够利用更少的组件来制造装置以进一步使成本最小化。
根据本发明的一个方面，第二导体布置成与第三导体成某个角度。由此来自第二光源的通过出口传输并且传输到样本检测器的光的量是减少的，改进了来自样本的荧光信号的检测。优选地，所述角度是90°以使来自第二光源的通过第二导体来传输的光的量最小化。
根据本发明的一个方面，第一入口包括用于阻止光从所述第一入口发射的遮光器元件。由此在荧光性测量期间，如果光源不是脉动的，能够阻止来自第一光源的光照射样本，由此改进荧光信号的检测。
根据本发明的一个方面，第二光源和第一滤波器布置成可由装置的用户替换。由此用户能够选择最适合每个特定应用光源和滤波器而不要求进一步修改装置并且致使装置更加通用，而同时保持成本有效。
鉴于下面的详细描述，本发明的进一步优势和益处对本领域的技术人员将是易于显而易见的。
附图说明
现在参考附图将更详细地描述发明，其中
图1是公开根据本发明的用于测量样本中的物质的荧光性和吸收率的装置的第一实施例的示意图；
图2是根据本发明的第二实施例的示意图；以及
图3是公开本发明的附加组件的第一实施例的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明的装置1的第一优选的实施例的示意表示。正如将在下面参考图3详细描述的，装置1包括第一光源3，优选地是发射适合供在测量放置在装置1的流通池2中的样本的吸收率中使用的光的UV LED。来自第一光源3的光通过第一光路传播到流通池2，在该情况请下，光导体采取光纤5的形式，其在第一入口11处被连接到流通池2。对于吸收率测量，通常要求采取分束器14和参考检测器15的形式的另外的组件（参见图3）。然而，将可能不利用这些组件来测量吸收率，例如通过使用参考样本（例如流通池中的水）以用于获得参考值。要注意，第一光源3能够备选地是提供UV范围之外的不同波长的光的另一类型的光源，例如比如另一类型的LED，如果这适合用于测量样本的吸收率的话。允许来自流通池2的光通过连接到采取光纤光导体7的形式的第二光路的出口13来离开流通池2，其通过第一滤波器8将光传输到样本检测器9。
第二光源4（也优选地是UV LED）也布置成照射流通池2并且发射适合用于测量放置在流通池2中的样本的荧光性的光。来自第二光源4的光在使用中通过采取光纤光导体6的形式的第三光路传播到流通池2，并且通过第二入口12进入流通池2。
第一滤波器8优选地是至少一个光带通滤波器,其被配置为阻塞通过第二光源4来发射波长的光，但是允许来自第一光源3的光和在荧光信号的预期范围内的光通过以改进流通池2中的样本的荧光信号的测量。因此，能够允许多个波长范围的光通过至少一个光滤波器。要注意，附加的带通滤波器也可以如本领域中众所周知地那样被放置于邻近第一光源和第二光源3，4，以只允许窄的波长范围（例如10nm）通过。使用UV LED作为第二光源是有利的，因为这给予测量物质（例如，比如蛋白质）的280-300nm波长范围中的天然的荧光性的机会。然而如果需要，其它种类的光源例如比如其它类型的LED也可以被使用。
在出口13处，如还将在下面参考其中第二光源4布置成邻近第一光源3并且荧光信号被允许通过第三导体6离开装置1的实施例来进一步描述的，遮光器元件10也可以布置成阻塞光。
图2公开了根据本发明的装置的第二实施例，与通过使用第一导体5来将光从第一光源3和从第二光源4两者传输到流通池2的第一实施例不同。因此在该实施例中，来自两种源的光从相同方向进入流通池。这是成本有效的，因为要求更少的组件以用于装置1，并且来自两种光源3，4两者的光能够通过相同的光纤被传输。为了仍以高灵敏度执行精确荧光性测量，第一滤波器8布置成阻塞通过第二光源4来发射的光的波长。如果第一光源3和第二光源4的波长足够不同以允许来自第一光源3的光通过第一滤波器8而同时阻塞来自第二光源4的光，这是有优势的。
要注意，假定将要被测量的荧光性要求与用于测量样本的吸收率所要求的波长接近或者相同的激发波长，单个光源而不是第一光源3和第二光源4能够备选地被使用。在只使用一个光源的情况下，第一滤波器8当然将需要被旁路或者省略以用于吸收率的测量。备选地，第一光源3和第二光源4能够在相同盖内一起被安装。
如上面已经提到的，样本检测器9优选地是布置成检测和测量光的振幅的至少一个光电检测器。光电检测器能够是例如光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增器或者硅光电倍增器。与用于该应用的分光仪的使用对比，上面提到的光电检测器具有小以及成本有效的优势。这允许在不同位置中的容易处理和方便使用。在一个实施例中，样本检测器9也能够布置成通过用户可移动，使得能够检测某些波长的光电二极能够被能够检测其它波长的光电二极管替换。在一个实施例中，样本检测器包括多个光电二极管（例如光电二极管阵列）,由此增加能够被检测的波长的数量，同时仍只或多或少地增加装置的成本。
如果需要，多个光源能够被并排地安装并且来自每个源的光在相同的光纤或者光纤束中一起被运输，以便在流通池2或者包含不同样本的多个不同的流通池2处再次被分开。在该多路复用的实施例中，各与例如不同的荧光颜色相对应的多个光源能够被用来照射流通池2中的样本，并且例如通过布置成检测每个颜色的光电二极管阵列能够检测作为荧光信号被发射的每个颜色的光的量。在该情况中，光电二极管中的每个光电二极管将要求适用于光电二极管本身的滤波器以阻止不预期的光到达二极管。备选地，提供波长去复用和检测以及包括二极管和光滤波器两者的单个组件能够被用作样本检测器9，例如，比如OptoFlash光引擎（Newport公司的商标）。
图3更详细地示出了图1的装置1。第一光源3发射适合用于测量样本的吸收率的光，在测量样本中蛋白质的吸收率的情况下，优选是UV范围中的光。光可以通过第一附加带通滤波器17，其用来过滤光并且只允许窄的带宽范围（优选地只是大约10nm或更少）通过。然后通过分束器14将光划分为第一和第二部分22，并且第一部分21被传输到检测光的第一部分21中的电磁辐射的参考检测器15。参考检测器15能够是与适合用于检测在通过第一光源3来发射的波长的光的样本检测器9相同类型的光电检测器。参考检测器15进一步操作地被连接到处理单元16，所述处理单元布置成接收与通过参考检测器15来接收的光的量相对应的第一信号31。
光的第二部分22从分束器14通过第一导体5被传输到流通池2并且通过第一入口11进入流通池2以照射流通池2和在其中包含的样本。光的一些被样本吸收，并且剩余的通过出口13和第二导体7到样本检测器9。在到达样本检测器9之前，光通过第一滤波器8。
因此,样本检测器9(优选地是采取适用于检测通过第一光源3来发射的波长的光的至少一个光电检测器的形式)接收在通过流通池2之后的光的第二部分22的剩余的东西并且检测所述光的电磁辐射。与通过样本检测器9来接收的光的量相对应的第二信号32被传输到样本检测器9操作地连接到的处理单元16。
如本领域中众所周知的，通过比较与来自第一光源3的光的第一部分21相对应的第一信号31和与已经通过流通池2而没有被样本吸收的光相对应的第二信号32，处理单元布置成确定样本的吸收率。
对于样本的吸收率的测量，第二光源4（也优选是UV LED）布置成发射与适合用于生成样本中的荧光信号的波长相对应的光。由于发射具有260-300nm的波长的光的UV LED的使用，天然的荧光性能够在各种蛋白质或者抗体中被检测。对于另一物质（例如GFP（绿色荧光蛋白质））的检测，发射约为400-500nm的波长的LED将是适合的，以及对于还有其它物质，其它波长将被使用。第二附加滤波器18可以布置成允许小的波长范围（优选地只是10nm）的光在进入第三导体6之前通过并且被传输到流通池2。在一些实施例中，特别是如果第二光源4是激光器，通常将不要求第二附加滤波器18。
来自第二光源4的光因此通过第二入口12进入流通池2并且照射在其中包含的样本。由此将生成具有与来自第二光源4的光不同波长的荧光信号。所述荧光信号将通过出口13和第二导体7被传输到样本检测器9并且通过第一滤波器8，以及将在样本检测器中生成与来自样本的荧光信号的幅度相对应的第三信号33。所述第三信号33可以被传输到处理单元16以向用户呈现和/或被进一步保留和分析。
如果第二入口12和第三导体6布置成与出口13和第二导体7成某个角度,这是有利的,因为直接来自第二光源4的通过出口13的光的量将比如果入口和出口布置成彼此面对的更小。优选地角度是30°-150°，更优选地大约是90°。
如上面提到的，通过使用UV LED作为第二光源4，装置1能够检测某些物质（诸如蛋白质和抗体）中的天然的荧光性。其它化合物在其它范围中具有天然的荧光性，例如400-700nm的可见范围或者更高的波长。如果需要，荧光分子或者标签能够被共价地结合到样本并且通过使用发射与所选择分子相对应的波长的光的第二光源4来检测。根据本发明的实施例，第二光源4能够因此被不同种类的激光器或者LED替换，并且布置成阻止通过第二光源4来发射的波长的光到达样本检测器9的第一滤波器8也能够被对应地改变。在该实施例中，第二光源4和第一滤波器8能够被用户现场移除或者替换而不改变装置1的其它性质。因此第二光源能够被第三光源替换并且第一滤波器8被第二滤波器替换，所述第二滤波器是布置成阻塞通过第三光源来发射的波长的光的带通滤波器。能够提供与装置1兼容的多个光源和滤波器以允许用户选择最适合用于特定应用的多个光源和滤波器。然后这些能够被安装在装置1中并且被用于随后的荧光性测量。备选地，能够在装置1本身中提供多个滤波器和光源，并且用户能够例如通过转动轮或者接合(engage)开关来在它们之间切换，使得具有对应的滤波器的特定光源被接合。如果第二附加滤波器被用来只允许来自第二光源的窄的波长范围通过，该滤波器也是可替换的。还有另一备选方案将要使用布置成阻塞与入射光成不同角度的不同波长的可调谐的带通滤波器。在该情况中，能够通过软件来控制可调谐的带通滤波器以确定阻塞哪些波长，并且这也要被术语“可替换的”囊括。
优选地，第一光源和第二光源3，4是脉动的（例如通过使用方波）以确保在给定时间，只有光源中的一个光源的光到达样本检测器9。由此，能够分开地测量吸收率和荧光性，增加测量的灵敏度和精确性而不要求完全关闭光源中的任何一个光源。另一种波形（例如正弦波）也能够备选地被采用并且通过处理单元16被建模以便提取信号。如果需要，脉冲也能够被设计为允许测量背景光，从而提供用于处理单元的参考值。
在一个实施例中，样本检测器9能够包括多个光电二极管，各布置成检测多个波长。由此若干波长的光能够被检测。
在大多数实施例中，吸收率和荧光性不被同时地测量，但是而是一次一个，通过使来自第一光源和第二光源的3，4的光脉动，或者通过使用遮光器元件10，如由图1所示出的。供与遮光器一起使用的本发明的最适合的实施例是图1的第一实施例的备选版本，其中第二光源4被安装邻近第一光源3，使得来自两种光源的光被允许通过第一导体5进入装置1。第三导体6然后用来允许荧光信号离开流通池2，并且第四导体（未示出）被连接到第三导体6以用于将光传输到样本检测器9。因此第三导体6布置用于将光从流通池2传输到样本检测器9。同时，遮光器10被关闭以阻止来自第一光源3的光到达第一滤波器8和样本检测器9。由此，荧光性测量的灵敏度能够被增加并且来自第一光源3的附加的光的干扰能够被大部分地阻止。
要理解,装置1还能够包括附加的部件，其用来增强和改进被生成的信号和从第一光源和第二光源3，4发射的光。在本领域中这是众所周知的并且在本文中将不详细地描述。由本领域的技术人员也要容易理解，装置1的各种组件能够被连接到功率供应以及用来实现和有助于它们正常操作的电组件和电路***，并且通过检测器9，15生成的所有信号能够通过处理单元来处理、分析、保留和呈现。
如由本领域的技术人员将会容易理解的，本发明不被视作被本文所描述的特定实施例限制，但是在所附的权利要求范围内能够被改变。例如，将可能不利用第一滤波器以及不利用分束器和参考检测器来执行发明。要注意上述的各种实施例的特征通常也能够在其它实施例中被使用。
Claims (22)
1.一种用于测量样本的荧光性和光吸收率的装置，所述装置包括
-流通池（2），所述流通池（2）用于包含样本，
-第一光源（3），
-第一光路（5），所述第一光路（5）允许来自所述第一光源（3）的光到所述流通池（2）中的传播以用于照射在其中包含的样本，
-第二光路（7），所述第二光路（7）允许将未被所述流通池（2）中的所述样本吸收的照射光的那部分传播到布置成确定所述照射光的所述部分的振幅的样本检测器（9），以及
所述装置进一步包括
-第二光源（4），
-第三光路（6），所述第三光路（6）允许来自所述第二光源（4）的光到所述流通池（2）中的传播以进一步照射所述样本，以及
-第一滤波器（8），所述第一滤波器（8）布置在第二光路（7）和所述样本检测器（9）之间，所述第一滤波器（8）是布置成阻塞通过所述第二光源（4）发射的波长的光的带通滤波器，
并且其中所述样本检测器（9）进一步布置成检测由所述样本的所述荧光性引起、作为所述进一步照射的结果的任何光。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光路中的一个或多个光路是采取光导体的形式，例如光纤。
3.如权利要求2所述的装置，进一步包括
-分束器（14），所述分束器（14）被连接到所述第一光源（3）以用于接收光并且将它划分为第一部分（21）和第二部分（22），其中第一导体（5）布置成接收所述第二部分（22），
-参考检测器（15），所述参考检测器（15）布置成接收光的所述第一部分（21）并且检测在其中的电磁辐射，以及
-处理单元，所述处理单元布置成接收来自所述参考检测器（15）的第一信号31和来自所述样本检测器（9）的第二信号32，并且基于所述第一信号和第二信号（31，32）来确定吸收率。
4.如权利要求1，2或3所述的装置，其中，所述样本检测器（9）是至少一个光电检测器。
5.如权利要求1-4中的任何所述的装置，其中，所述第一光源（3）是UV光发射二极管。
6.如任何前述权利要求所述的装置，其中，所述第二光源（4）是UV光发射二极管。
7.如任何前述权利要求所述的装置，其中，所述第一光源（3）和所述第二光源（4）是脉动的。
8.如任何前述权利要求所述的装置，其中，所述第一滤波器（8）是具有大约10nm或更少的波长范围的带通滤波器（17）。
9.如任何前述权利要求所述的装置，其中，所述第一光路（5）也是第三光路（6）,使得来自所述第一光源（3）和所述第二光源（4）的光通过相同的光路被传输到所述流通池（2）。
10.如任何前述权利要求所述的装置，其中，所述第三光路（6）布置成与所述第二光路（7）成某个角度。
11.如权利要求9所述的装置，其中，所述角度是30°-150°，优选地大约是90°。
12.如权利要求1-5和7-10中的任何所述的装置，其中，所述第二光路（7）包括遮光器元件（10）以用于阻止光从所述第一入口发射。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述第三光路（6）布置用于将光从所述流通池（2）传输到所述样本检测器（9）。
14.如任何前述权利要求所述的装置，其中，所述第二光源（4）和所述第一滤波器（8）布置成可由所述装置的用户替换。
15.一种用于使用任何前述权利要求所述的设备来测量样本中的物质的吸收率和荧光性的方法，所述方法包括
-提供流通池（2）以用于包含样本，
-将光从第一光源（3）传输到所述流通池（2）以用于照射在其中包含的样本，
-将光从所述流通池（2）传输到样本检测器（9）以用于量化电磁辐射并且获得样本值以用于确定所述流通池中的所述样本的吸收率，
并且所述方法进一步包括
-将光从第二光源（4）传输到所述流通池（2）以用于照射在其中包含的所述样本，
-将光从所述流通池（2）传输到所述样本检测器（9），以及
-利用所述样本检测器（9）检测荧光信号以确定所述样本中的所述物质的所述荧光性。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括
-通过分束器（14）来传输来自所述第一光源（3）的光并且将所述光的第一部分（21）转移到参考检测器（15）以用于量化光的所述第一部分（21）中的电磁辐射以获得参考值，以及
-根据所述样本值和所述参考值来确定吸收率。
17.如权利要求15或16所述的方法，进一步包括将光从所述池通过第一滤波器（8）传输到所述样本检测器（9），所述第一滤波器（8）阻止通过所述第二光源（4）来发射的波长的光到达所述样本检测器（9）。
18.如权利要求15-17中的任何所述的方法，进一步包括使所述第一光源和所述第二光源脉动。
19.如权利要求15-18中的任何所述的方法，进一步包括将光从所述第二光源（4）通过第三光路（6）传输到所述流通池（2）并且将光从所述流通池（2）通过第二光路（7）传输到所述样本检测器（9），所述入口和出口彼此成某个角度。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述角度是30°-150°，优选地大约是90°。
21.如权利要求15-17和19-20中的任何所述的方法，进一步包括阻止来自所述第一光源（3）的所述光到达所述流通池（2）。
22.如权利要求15-21中的任何所述的方法，进一步包括
-移除所述第二光源（4）并且利用第三光源替换它，以及
-移除所述第一滤波器（8）并且利用第二滤波器替换它，
其中，所述第二滤波器阻止通过所述第三光源来发射的波长的光到达所述样本检测器（9）。
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