[发明专利]采用柱镜末端光纤照射毛细管

说明书

技术领域

本发明涉及毛细管电泳光学检测系统。

背景技术

电泳是一种熟知的分离技术，广泛用于分离具有不同电荷与大小的物质，如蛋白质、DNA。有两种主要的电泳装置。一种是平面电泳装置，使用凝胶作为介质，电极位于凝胶两端，样品放在一个电极附近。施加电压后，带有电荷的样品分子就会向另一电极移动，带电荷多或体积小的分子移动比带电荷少或体积大的分子要快，从而实现分离。另一种是毛细管电泳装置，是在一支很细的管子里做上述分离，图1和图2是毛细管电泳装置的示意图。图中所示的装置使用柱上光吸收检测，即光源和光检测器放置在做分离的毛细管两侧。样品从毛细管一端引入，然后在毛细管两端加上电压，驱动样品向另一端移动。该装置包括毛细管100，电源105，正电极110，负电极115，两个电极以导线135和130与电源105连接。光源120与光检测器125放置在毛细管100两侧，使光透过毛细管。毛细管100里面有缓冲液140（即当少量酸或碱加入时能保持pH不变的溶液）。毛细管两端插入含有溶液的容器116、118或117中。毛细管100通常由石英制成，内径50-100μm，外径200-360μm，长度20-50cm，其它尺寸也可采用。

图1显示该装置在进样状态。样品145带有正电荷，将从正电极110向负电极115移动。如果样品带负电荷，则电源极性需要反向，或者改为从负电极进样。进样时，先将电源105和光源120关闭，将正电极110和毛细管100的左端放入含有被分析溶液145的容器116中。施加短时间的压力差或电压，使少量样品溶液进入毛细管，然后用容器117取代容器116，按图2进行分析。

图2显示该装置在分析状态。电源105和光源120被打开，光检测器125（光电二极管或光电倍增管）连接到计算机或其它数据采集系统。由正负电极110和115施加的电场驱动样品145的分子向负电极115移动。光源120和光检测器125位于负电极115附近。光源120发射给定波长和强度的光，透过毛细管100，并被光检测器125接收。样品145中的分子会吸收部分照射其上的光。从光源120发出的入射光强和到达光检测器125的光强被记录，并按照熟知的比尔-朗伯定律计算样品分子的浓度。

使用柱镜末端光纤集光是光纤通讯领域常用的技术。Becker（US专利3,910,677,1975-10-07）最早提出了一种双曲线镜末端光纤（图3），用于接收激光二极管发出的光。该光纤的光入射端被制成一个柱镜，中部为双曲线形，两侧各有一个斜面，可提高光接收效率。虽然Becker没有指出其光纤的直径要求，但指出光纤用于光纤通讯。一般而言，用于通讯的光纤是单模光纤，光纤芯直径为10μm或更小。Modavis（US专利5,455,879,1995-10-03）展示了一种楔形镜末端光纤，用于接收激光。该光纤末端由两对斜面组成，用于单模光纤，光纤芯直径约2μm。Tsushima（US专利5,845,024,1998-12-01）展示了在光纤末端制造柱镜的方法，包括有锥度的椭圆和多种形状的柱镜。该发明适用于光纤芯6μm左右。Irie（US专利6,317,550,2001-11-13）提出了一种楔形镜末端光纤（图4），用于接收激光。该光纤末端中部为一个垂直于光纤轴的平面，两侧各有一个斜面，用于光纤芯小于10μm。Jie（US专利6,597,835,2003-07-22）提出了一种楔形镜末端光纤，用于接收激光。该光纤末端中部为实质上的平面，两侧各有一个斜面，斜面与平面以曲面相结合，适用光纤芯直径6μm左右。

细小的光纤对于单模光传播是最佳选择，但严重限制了传递的总光能。

牛金福等人（牛金福，徐剑秋，中国专利申请号200710047627.2，2007-10-31）采用了柱面自聚焦光纤使激光光束准直。该光纤直径可达500μm，两端均为平凸型柱面且互成角度取向。该光纤对长度有严格限制，典型长度为16.2mm。