高灵敏度多波长发光二极管阵列诱导荧光检测毛细管电泳复杂样品分析仪的研制

本项目将多个不同波长LED阵列作为CE激发光源，激发光通过透镜聚焦并由光纤将直接引导至CE检测窗口，实现对复杂样品的柱上荧光检测。本项目将考察不同波长LED阵列光源与传导光纤的耦合方式、效率、设计模式及其稳定性、可操作性、检测结果的准确性。并对其中所涉及的光学、电泳方面的科学问题进行深入的研究，考察光学接口的耦合效率，电泳过程中电渗流、热效应和峰展宽等的影响，推导和建立相应的数学模型。构建一种新型、高效、高灵敏度的多波长LED阵列柱内激发荧光检测毛细管电泳仪。其特点是利用波长范围宽（375～700nm）的LED组成阵列作为激发光源，解决了传统中单波长激发光源只能测定同一激发波长样品的局限性。该项目的成功实施将对CE荧光检测方法产生积极的影响，研制一种高灵敏度、多波长激发的毛细管电泳仪，并用于多组分复杂样品的分析检测。

本项目将多个不同波长LED 阵列作为CE激发光源，激发光通过透镜系统聚焦并由光纤将其直接引导至CE检测窗口，实现对复杂样品的柱上荧光检测。通过考察不同波长LED 阵列光源与传导光纤的耦合方式、效率、设计模式及其稳定性、可操作性、检测结果的准确性，表明所研制的发光二级管柱内光纤诱导荧光检测器是一种灵敏度高、稳定性好、可操作性强的检测器。本项目的研究工作完成情况与研究计划一致。透镜系统的使用大大提高了光源与光纤的耦合效率；通过光纤将光直接引导至毛细管内部的检测窗口，避免了因激发光穿透毛细管壁而产生的光反射和散射，降低了背景噪音，提高了检测灵敏度。为了解决插入毛细管内部的光纤末端与毛细管的光学“接口”问题，我们将光导纤维和毛细管集成在一块卡槽上，既固定了光纤与毛细管在检测窗口的相对位置，以保证检测的稳定性，同时也使光学调整更为方便。对比了提出的柱内光纤检测模式与传统的正交型检测模式在检测窗口处的光反射和散色现象，解决了光导纤维出射端在毛细管内的准确定位,保证了电泳检测结果的稳定性，为提高激发光耦合及传导效率、增强荧光激发效率打下了坚实的基础，并通过使用多波长带通滤光片，进一步降低了背景噪音。在这些基础上，我们成功构建了多波长 LED阵列柱内光纤诱导荧光检测复杂试样的毛细管电泳体系、多波长脉冲LED阵列柱内光纤诱导荧光检测复杂试样的毛细管电泳体系和脉冲双波长LED诱导荧光检测体系。研究并对比了不同形状（锥形光纤和圆柱形光纤）的光纤及其入射角度对耦合效率和导光性能的影响，结果显示锥形光纤有高的耦合效率和强导光性能，用其代替圆柱形光纤，可以提高荧光激发效率，从而提高仪器灵敏度并降低检测限。我们以激发波长不同的几种荧光试剂作为分析对象，考察了多波长发光二极管阵列诱导荧光检测毛细管电泳仪的重现性、稳定性和检测结果的可靠性。这些研究成果都为设计高效、高灵敏度及便携式的仪器的奠定了良好的基础。在此基础上，我们设计加工并完成了对整个多波长阵列LED柱内诱导荧光检测毛细管电泳仪的仪器组件，并依据实验结果调整改进并完善了仪器各组件及整机的设计加工，实现了成品化，现已投入生产。与此同时，将拼接毛细管柱内光纤LED诱导荧光检测器用于毛细管电泳，其关键在于将分离毛细管与大直径的光纤（440 μm）固定在内径较大的固定毛细管（530 μm）里，以此来增强激发光强度，从而提高检测灵敏度，降低检出限。