一種基于離心的液芯波導(dǎo)拉曼光譜檢測(cè)裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種光譜測(cè)試裝置，具體涉及一種利用離心方法獲得足夠光程、無氣泡的液芯波導(dǎo)管并進(jìn)行拉曼光譜檢測(cè)的裝置。

背景技術(shù)：

Teflon AF具有低于水的折射率，所以當(dāng)以Teflon AF制成的管道中充滿水或水溶液時(shí)，水與Teflon AF的界面上可以滿足全反射條件，對(duì)一定角度入射的光產(chǎn)生類似光纖的傳導(dǎo)能力，形成所謂的液芯波導(dǎo)。由于液芯波導(dǎo)有很強(qiáng)的導(dǎo)光能力，故可以在其中得到更長(zhǎng)的光程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基于發(fā)射、吸收、熒光、散射等原理的多種光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的增敏，有很好的應(yīng)用前景。

例如，可以用于拉曼光譜檢測(cè)領(lǐng)域。拉曼光譜屬于分子振動(dòng)光譜，能從分子水平得到基團(tuán)和化學(xué)鍵以及微環(huán)境對(duì)樣品結(jié)構(gòu)影響的信息，可實(shí)時(shí)檢測(cè)樣品如蛋白、核酸、酯類等結(jié)構(gòu)的指紋信息，且其信號(hào)不會(huì)被水干擾，因此特別適合用于生物分子的檢測(cè)，在臨床疾病監(jiān)測(cè)和早期診斷上有著巨大的潛力。

但由于Teflon AF材料本身憎水親氣，且通常使用的Teflon AF管徑較細(xì)，不超過10mm，憎水的表面效應(yīng)更為嚴(yán)重，所以極易在管中形成氣泡。而一旦氣泡形成，則氣泡位置的全反射現(xiàn)象消失，光路將被打斷，會(huì)嚴(yán)重影響光學(xué)測(cè)量的靈敏度和穩(wěn)定性。故在使用前，需要對(duì)Teflon AF液芯波導(dǎo)管進(jìn)樣并排除氣泡。

消除管中氣泡的方法有兩種，一種是使用離心的方式，讓液芯波導(dǎo)管繞軸旋轉(zhuǎn)，利用液體在離心條件下氣泡浮力增加來實(shí)現(xiàn)氣泡脫除，然而，隨著離心力的增加，管內(nèi)氣泡受到溶液的壓力急劇增加，體積被不斷壓縮，浮力增加并不明顯，再加上空間的阻礙，氣泡難以全部脫除；另一種方法是采用真空脫氣法，如申請(qǐng)?zhí)枮?01310415459.3的中國(guó)發(fā)明專利提出采用負(fù)壓進(jìn)樣，在進(jìn)液的同時(shí)消除液芯波導(dǎo)管中的氣泡，但每根液芯波導(dǎo)管均需要配套使用一臺(tái)真空泵及數(shù)個(gè)電磁閥，通過一定的程序進(jìn)行控制，成本高，控制復(fù)雜。

由于液芯波導(dǎo)管氣泡脫除干凈不易，傳統(tǒng)的拉曼光譜檢測(cè)裝置都不具備該功能，以往的做法都是預(yù)先制備無氣泡的液芯波導(dǎo)管，包括進(jìn)樣，采用上述方法脫除氣泡，以及檢測(cè)氣泡是否脫除干凈，確保液芯波導(dǎo)管無氣泡后才拿到拉曼測(cè)試裝置上進(jìn)行測(cè)試，很是麻煩，而且傳統(tǒng)的方法獲得的液芯波導(dǎo)管光程短，在進(jìn)行拉曼光譜檢測(cè)時(shí)效果欠佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述不足，本發(fā)明提供一種基于離心的液芯波導(dǎo)拉曼光譜檢測(cè)裝置，利用離心作用實(shí)現(xiàn)液芯波導(dǎo)管進(jìn)樣及排除氣泡，并通過拉曼光譜進(jìn)行檢測(cè)，兼具液芯波導(dǎo)管氣泡脫除與拉曼光譜檢測(cè)的雙重功能，而且可獲得長(zhǎng)光程，提高光譜檢測(cè)效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于離心的液芯波導(dǎo)拉曼光譜檢測(cè)裝置，包括：

一支架，設(shè)有一電機(jī)；

一多頭螺旋盤體，固定于支架上，可繞電機(jī)的豎向轉(zhuǎn)軸水平旋轉(zhuǎn)，包括一盤頭和位于該盤頭下方的一圓臺(tái)；該盤頭上設(shè)有若干通孔，每一通孔的上部均含有一定位槽；該圓臺(tái)的側(cè)壁上設(shè)有與通孔同等數(shù)目且相對(duì)的用于容納液芯波導(dǎo)管的螺旋通道，該螺旋通道從上而下螺旋發(fā)散；

一光源探頭平移臺(tái)，固定于支架上，位于多頭螺旋盤體上方，包括一可直線移動(dòng)的光源探頭和與定位槽配合的一定位機(jī)構(gòu)，該定位機(jī)構(gòu)位于該光源探頭前端，可隨光源探頭前移并抵靠定位槽。

進(jìn)一步地，螺旋通道在圓臺(tái)側(cè)壁上均勻分布。

進(jìn)一步地，盤頭上表面為邊緣高中心低的V形面，通孔沿圓周均布于V形面上。

進(jìn)一步地，每一通孔含有一用于固定液芯波導(dǎo)管的卡接裝置。

進(jìn)一步地，定位槽為錐形、球形、橢球形、圓柱形定位槽，定位機(jī)構(gòu)相應(yīng)地為錐形、球形、橢球形、圓柱形定位機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，螺旋通道為條形凹槽結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，螺旋通道的螺旋發(fā)散方向與多頭螺旋盤體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

進(jìn)一步地，每一螺旋通道的下端口設(shè)有一止流閥，該止流閥含有一啟動(dòng)球，該啟動(dòng)球可在多頭螺旋盤體超過預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速時(shí)，在離心力作用下打開止流閥以排出液芯波導(dǎo)管內(nèi)液體。

進(jìn)一步地，液芯波導(dǎo)管的管壁具有透氣性。

進(jìn)一步地，液芯波導(dǎo)管通過卡接或膠帶黏貼的方式固定于螺旋通道內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果如下：

本裝置在使用時(shí)，將液芯波導(dǎo)管固定于螺旋通道內(nèi)，上端卡接于盤頭的通孔內(nèi)，下端連接于止流閥，在盤頭的定位槽內(nèi)放入液體樣品，在離心力的作用下，液體會(huì)緩慢進(jìn)入液芯波導(dǎo)管，最終形成一分析通道。本裝置采用螺旋通道，在較小的體積下實(shí)現(xiàn)多通道和長(zhǎng)光程，同時(shí)保證整個(gè)通道具有較大的彎曲半徑；多頭螺旋盤體采用圓臺(tái)的這種上小下大結(jié)構(gòu)，使得離心半徑隨著螺旋通道長(zhǎng)度的增加而增加，液芯波導(dǎo)管的每一部分管徑處的離心力都順次遞增，從而保證整個(gè)管路內(nèi)的氣泡被有效排除。

由于液芯波導(dǎo)管的內(nèi)徑非常小，這就要求照射光源在小范圍內(nèi)對(duì)準(zhǔn)，本裝置在光源探頭前方設(shè)置了定位機(jī)構(gòu)，當(dāng)某一分析通道隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到分析位置時(shí)，光源探頭沿著光源探頭平臺(tái)直線向前移動(dòng)，直到定位機(jī)構(gòu)與定位槽配合，實(shí)現(xiàn)通道的對(duì)心校正。分析結(jié)束后，需將液體樣品排出液芯波導(dǎo)管，并清洗管路，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)球在足夠的離心力作用下啟動(dòng)止流閥，以使液體樣品流出，然后注入清洗液體，采用上述方法，通過離心力將清洗液體輸入液芯波導(dǎo)管再排出方便進(jìn)行下一次分析。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中一種基于離心的液芯波導(dǎo)拉曼光譜檢測(cè)裝置剖面示意圖。

圖2為光源探頭與盤頭位置示意圖。

圖3為光源探頭平移臺(tái)局部剖視圖。

圖4為多頭螺旋盤體立體示意圖。

圖5為錐形定位槽剖視圖。

圖6為止流閥示意圖。

圖7為止流閥裝配爆炸圖。

圖中：1-支架；11-轉(zhuǎn)軸；12-電機(jī)；2-光源探頭平移臺(tái)；21-光源探頭；22-錐形定位機(jī)構(gòu)；3-多頭螺旋盤體；31-盤頭；311-錐形定位槽；312-通孔；32-圓臺(tái)；321-螺旋通道；4-液芯波導(dǎo)管；5-止流閥；51-啟動(dòng)球；52-彈性墊。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖作詳細(xì)說明如下。

本實(shí)施例提供一種基于離心的液芯波導(dǎo)拉曼光譜檢測(cè)裝置，如圖1所示，包括支架1和固定在支架1上的光源探頭平移臺(tái)2及多頭螺旋盤體3。其中，支架1上設(shè)有一轉(zhuǎn)軸11向上的電機(jī)12，多頭螺旋盤體3固定于該轉(zhuǎn)軸11上，在電機(jī)12驅(qū)動(dòng)下，隨著該轉(zhuǎn)軸11發(fā)生水平轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖2、圖3所示，光源探頭平移臺(tái)2傾斜地固定于多頭螺旋盤體3上方，包括一光源探頭21，該光源探頭21含有一拉曼光譜檢測(cè)裝置，用于對(duì)液體樣品進(jìn)行拉曼光譜檢測(cè)，可沿光源探頭平移臺(tái)2一維直線往返運(yùn)動(dòng)。在光源探頭21前端設(shè)有一錐形定位機(jī)構(gòu)22，目的在于準(zhǔn)確定位。在具體應(yīng)用中，定位機(jī)構(gòu)不限制為錐形，可以為球形、圓柱形、橢球形或其他凸面形狀，錐形可以為圓錐形或棱錐形等。

如圖2、圖4所示，多頭螺旋盤體3由位于上方的圓形盤頭31和下方的圓臺(tái)32組成。該盤頭31上表面為邊緣高中心低的V形面，該V形面中心處可以含有一圓形平面，并不影響對(duì)該形狀的概述，重點(diǎn)在于該V形面含有斜面，在該斜面上沿圓周均布若干通孔312，即所有通孔312距離V形面中心的距離相等，且任意相鄰?fù)?12間的距離相等，通孔312方向與所在處斜面垂直，當(dāng)與光源探頭21正對(duì)時(shí)可確保二者中心線在同一直線上。本實(shí)施例中通孔312數(shù)量為6個(gè)，但不以此為限。在每一通孔312上端口含有一錐形定位槽311，其與錐形定位機(jī)構(gòu)22相配合，在進(jìn)行拉曼光譜檢測(cè)時(shí)，錐形定位機(jī)構(gòu)22可以向前移動(dòng)并抵靠該錐形定位槽311，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。在具體應(yīng)用中，定位槽不限制為錐形，可以為球形、圓柱形、橢球形或其他凹面形狀，錐形可以為圓錐形或棱錐形等，與定位機(jī)構(gòu)的形狀一致并能夠配合。另外，錐形定位槽311可以盛放一定量的液體樣品，便于為液芯波導(dǎo)管4進(jìn)樣。如圖5所示，通孔312含有卡接裝置，可以卡接、固定液芯波導(dǎo)管4，且保證向下的密閉性，防止錐形定位槽311內(nèi)液體通過通孔312與管間間隙流出。

圓臺(tái)32側(cè)壁上均布若干條螺旋通道321，依據(jù)圓臺(tái)32上小下大的結(jié)構(gòu)特征，螺旋通道321從上到下逐漸地螺旋發(fā)散，發(fā)散方向與圓臺(tái)32旋轉(zhuǎn)方向相反，即螺旋通道321如沿順時(shí)針(或逆時(shí)針)發(fā)散，則圓臺(tái)32旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針(或順時(shí)針)，確保旋轉(zhuǎn)時(shí)液體受力向下，不從上端流出。本實(shí)施例中螺旋通道321為6條，但不以此為限。為使得液芯波導(dǎo)管4容易安裝在螺旋通道321上，螺旋通道321設(shè)計(jì)為條形凹槽結(jié)構(gòu)，凹槽形狀不限，大小只要能夠確保容納液芯波導(dǎo)管4即可，通過卡接或者膠帶粘結(jié)槽口便可確保液芯波導(dǎo)管4在旋轉(zhuǎn)離心過程中不脫落。圓臺(tái)32形狀可以使得螺旋通道321兼具從上到下和由內(nèi)而外，很好地符合液體流動(dòng)和離心特性，而且可以在很小的體積上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)光程。螺旋通道321的上端口與盤頭31的通孔312上下相對(duì)，由于二者中間相隔一段距離，可以允許在水平方向上有較大偏差存在。

螺旋通道321的下端口設(shè)有止流閥5，液芯波導(dǎo)管4下端口連接該止流閥5，如圖6、圖7所示。該止流閥5位于圓臺(tái)32側(cè)壁下方，含有一啟動(dòng)球51和一彈性墊52。在圓臺(tái)32靜止或轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速內(nèi)，止流閥5處于關(guān)閉狀態(tài)，可以防止液芯波導(dǎo)管4內(nèi)液體流出。由于液芯波導(dǎo)管4管壁具有良好的透氣性(不透液)，當(dāng)在預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速內(nèi)，管內(nèi)氣泡在液體的擠壓下透過管壁排出。當(dāng)超過預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)球51由于受到較大的離心力作用，會(huì)壓迫下方彈性墊52打開止流閥5，從而在離心力下排出管內(nèi)液體。

本裝置在應(yīng)用時(shí)，液芯波導(dǎo)管4上端卡接于通孔312內(nèi)，下端連接于止流閥5，在離心力的作用下，錐形定位槽311內(nèi)液體緩慢進(jìn)入管內(nèi)，而管內(nèi)氣泡會(huì)透過管壁排出，當(dāng)氣泡完全排盡時(shí)，便構(gòu)成了分析通道，可以通過光源探頭21對(duì)分析通道進(jìn)行拉曼光譜檢測(cè)。如果氣泡沒有排除干凈，液芯波導(dǎo)管4就構(gòu)不成全反射，光源探頭21就收不到拉曼光譜信號(hào)，故可以借助光源探頭21判斷是否排除干凈。由于裝置的尺寸是固定的，管內(nèi)液體質(zhì)量(或密度)基本處于一個(gè)范圍，故由公式F＝mω²r可知，離心力主要取決于轉(zhuǎn)速，經(jīng)過重復(fù)試驗(yàn)后，便可判定預(yù)設(shè)速度，如本例預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速為500～1000rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)。故實(shí)際應(yīng)用中，一般在預(yù)設(shè)速度下便可排盡氣泡，很少會(huì)用到光源探頭21來判斷氣泡是否排盡。為保證液芯波導(dǎo)管4下一次使用，使用完畢后要對(duì)管內(nèi)進(jìn)行清洗，利用清洗液體，采用相同的方法即可完成清洗。

以下列舉兩個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例：

實(shí)例1

在樣品盤(即盤頭31)上的儲(chǔ)液池(即錐形定位槽311)內(nèi)加入5微升10％的乙醇溶液，以500rpm以上的速度轉(zhuǎn)動(dòng)樣品盤使得該溶液從儲(chǔ)液池通過并充滿10cm長(zhǎng)的Teflon AF管(即液芯波導(dǎo)管4)。接入Raman檢測(cè)探頭(即光源探頭21)可測(cè)得10％乙醇溶液的Raman信號(hào)，該信號(hào)強(qiáng)度較比色皿中測(cè)量的強(qiáng)度提高了50倍以上，并且穩(wěn)定性重復(fù)性均較好，說明該裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)液體在Teflon AF管中的無氣泡進(jìn)樣。

實(shí)例2

在樣品盤(即盤頭31)上的儲(chǔ)液池(即錐形定位槽311)內(nèi)加入100微升DNA提取液，以500rpm以上的速度轉(zhuǎn)動(dòng)樣品盤使得該溶液從儲(chǔ)液池通過并充滿20cm長(zhǎng)的Teflon AF管(即液芯波導(dǎo)管4)。接入260nm的LED光源的光纖接收探頭(即光源探頭21)，測(cè)量DNA溶液對(duì)260nm光的吸收信號(hào)，該信號(hào)強(qiáng)度較1cm比色皿中測(cè)量的強(qiáng)度提高了10倍以上，并且穩(wěn)定性重復(fù)性均較好，說明該裝置可以有效的實(shí)現(xiàn)液體在Teflon AF管中的無氣泡進(jìn)樣。