基于多光子激发荧光-毛细管电泳的DNA分析新技术

研制了一套新型毛细管电泳-连续光多光子激发荧光检测系统,并用该系统对含有多种荧光染料的样品进行了电泳分离和多光子激发荧光检测.结果表明:该系统具有分离效率高、质量检测限低和宽谱激发等特点,适合生物体系等复杂样品的测量并实现了DNA样品的分离分析.     

拉曼光谱编码的荧光液相生物芯片检测系统研究

随着医疗诊断需求的增加,生物分子检测技术越来越受到人们的重视,液相生物芯片技术作为一种高通量,多通道的分子检测手段在近几年得到了飞速发展。通过层层自组装方法制备以微片为载体的拉曼光谱编码液相生物芯片,并利用自行搭建的一套高灵敏度、高分辨率的光学系统,实现对液相生物芯片的定性与定量分析。光学系统由拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统耦合而成。在拉曼光谱检测系统中激光器发射出785 nm波长的激光,通过二向色镜,带反反射镜与物镜汇聚到样品上,样品产生的拉曼散射光,经物镜,带反反射镜,二向色镜与拉曼滤波片,最后通过凹透镜聚焦到光谱仪的狭缝上,光谱仪色散实现在线阵CCD上拉曼光谱的获取。荧光显微成像系统应用光学成像原理,通过调节凹透镜与405 nm的激发光之间的距离,使激发光通过物镜均匀的照射到样品之上,样品激发出的荧光,通过物镜,带反反射镜,二向色镜,滤波片与相应的凹透镜,最后成像到面阵CCD上。改进传统便携式拉曼光谱检测系统光路并选用相应波段的带反反射镜与焦距20倍的物镜完成拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统的耦合。为了减少两路系统之间的相互影响选用合适的二向色镜以及滤波片,在提高耦合系统获取数据的准确性中有着重要的作用。该系统通过对反应之后的液相生物芯片进行拉曼光谱检测,以完成对每个编码玻片的定性识别,即解码;同时激发反应后液相生物芯片的荧光并采集荧光强度图,根据每个解码玻片上的荧光强度值完成对目标检测物的定量分析。区别于传统荧光编码液相生物芯片, 拉曼光谱编码具有稳定性更强,光谱分辨率更高等优点。该光学系统集拉曼光谱检测系统与荧光显微成像系统于一体,解决了目前未有基于拉曼编码的液相生物芯片的检测系统的问题,并且可同时对多种目标物进行识别和定量分析,提升了实验结果的准确性。     

模拟溢油样品激光诱导荧光光谱的偏振特性研究

激光诱导荧光是海洋溢油探测的有效手段之一,但该技术的应用易受自然水体中叶绿素、CDOM等物质荧光信号的干扰。为了寻求排除自然水体荧光干扰的方法,基于532 nm连续激光器搭建了激光诱导偏振荧光实验装置,并针对六种不同密度的模拟溢油样品和自然水体开展了荧光光谱偏振特性研究。实验结果发现,与自然水体的荧光光谱不具有明显的偏振特性不同,所有模拟溢油样品的诱导荧光均具有明显的偏振特性,这一结论说明激光诱导荧光光谱的偏振特性可以作为排除叶绿素、CDOM等物质荧光干扰的依据。实验还发现,溢油样品的荧光偏振性质因样品种类而异。在线偏振光激发下,原油样品荧光偏振度随波长逐渐降低,其中重质原油样品偏振度降低幅度最大,轻质原油样品幅度最小,而柴油样品荧光偏振度没有明显变化;当周期性改变激发光的偏振状态时,所有模拟溢油样品的荧光偏振度随之发生趋势相同的周期性波动,中质样品荧光偏振度波动的幅度低于重质样品,但明显超过轻质样品。这一结果说明,模拟溢油样品诱导荧光偏振度的波长变化特性及对激发光偏振态的响应特性均与样品密度存在一定关联,其偏振特性可以作为辅助油种识别的重要参量。     

线形离子阱囚禁199Hg＋实验的光学系统设计

利用Zemax软件为线形离子阱囚禁199 Hg＋实验设计了一套光学系统,该系统包括两部分,即光学激发系统和荧光收集系统。光学激发系统由202 H g无极谱灯和激发透镜组组成。激发透镜组将202 Hg无极谱灯的直径为15 mm的圆形面光源整形成23 mm ×4 mm的矩形光去激发199 H g＋能级跃迁,从而使其辐射出荧光,再利用荧光收集系统去收集该荧光。荧光收集系统由收集透镜组、滤波片和光电倍增管组成。设计结果表明：该收集透镜组可以很好地将荧光发光面成像在直径为23 m m的光电倍增管上,具有较高的荧光收集效率,约3％。经物理系统实验,结果表明,该光学系统满足实验要求且具有较高的信噪比,其值约为20。这为高性能线形199 H g＋微波频标的工程应用提供了基础。     

生物芯片检测系统中荧光信号强度及系统灵敏度分析

从生物芯片荧光信号检测系统结构出发,分析了荧光信号强度与激发光光学系统特性,荧光收集光学系统特性及构成系统的各元件的参量间的关系.建立了荧光信号强度与检测系统中各参量间的表达式,以及对系统灵敏度进行了分析.建立了系统最少可检测的荧光分子数与各参量的函数关系,并对所设计的悬浮生物芯片检测装置的系统灵敏度进行了估算,其灵敏度在曝光时间为1 s时可达7.9个荧光分子/μm2.     

多重定量PCR系统中多色荧光检测和光谱串扰校正方法

多色荧光的激发检测光路是多重定量聚合酶链式反应(PCR)系统的核心组成部分。根据系统对荧光激发的均一性、荧光检测的时间和灵敏度需求,提出一种基于磁光开关和光电倍增管(PMT)的多色荧光激发检测光路。通过四色LED单独激发和PMT检测来提高灵敏度;利用磁光效应实现光路的电控切换,配合一维扫描机构和滤光片切换装置,完成96孔标准PCR板的四色荧光扫描。该设计避免了多色荧光光路的系统串扰。由于荧光染料本身光谱特性产生的荧光光谱串扰是通过标准迭代的四维聚类分析算法计算串扰矩阵,并通过4种常用染料的实验研究,对所建荧光检测系统进行荧光光谱串扰评估。     

晚期糖基化终末产物荧光光谱测量系统的设计

提出了一种利用荧光光谱技术测量晚期糖基化终末产物的方法,阐述了该荧光光谱测量系统的测量原理,设计并搭建了该荧光光谱测量系统。利用该系统对365,370,375,380,385 nm波段进行了激发光谱扫描测试,得出375 nm为最佳激发波长;采用375 nm的单色光作为激发光源,分别对正常人和糖尿病患者的皮肤进行了荧光光谱检测,发现两者在450 nm附近的荧光存在明显的差异。实验结果证明该荧光光谱测量系统快速、无创、简单,可应用于对糖尿病、人体衰老、氧化应激等病情进行早期预测和诊断。     

多通道PCR荧光检测仪的光学系统设计

针对目前实时定量PCR荧光检测仪系统中存在的检测效率低、体积大等问题,提出了一种基于传统单通道共聚焦型光路改善组件的方法,使激发光路和荧光收集光路共用一个大孔径透镜,并在该透镜的下方围绕多个激发光准直光路,同时在荧光收集光路中添加多个二向色镜,实现多通道荧光的同时检测。运用Code V软件设计出准直透镜和聚焦镜,将透镜数据导入到Lighttools软件中进行仿真模拟,结果表明,光学系统解决了现有实时定量PCR荧光检测仪中存在的问题,检测效率是原系统的2倍以上,体积比传统单通道集成的结构小2倍以上。     

运用偏振荧光的手段研究氧化胁迫对小麦叶绿体荧光的影响

采集抽穗期小麦旗叶,采用1mmol.L-1 H2O2、干旱、黑暗处理24h诱导产生氧化损伤模型,然后运用偏振荧光的手段检测了叶绿体的荧光发射谱和荧光激发谱,结果发现,无论选择436nm激发叶绿素a(Chla)分子,或固定475nm激发叶绿素b(Chlb)分子,氧化胁迫后光系统Ⅱ反应中心P680与光系统Ⅰ反应中心P700的荧光发射峰峰面积比值A684/A720呈上升趋势;通过比较偏振荧光激发谱上E436/E475和E475/E600比值,发现随着氧化胁迫的进行,Chla对于反应中心能量传递的相对贡献大于Chlb;此外,类胡萝卜素向Chlb能量传递效率在各个偏振方向上均有所提高;通过计算偏振度及粘度,发现氧化胁迫处理促使680nm处荧光偏振度提高,内囊体膜微环境粘度增加。上述结果为研究氧化胁迫提供了一种简单、易行的方法。     

基于荧光光谱法的钞票识别技术

以光栅光谱仪为基础,光电倍增管作为探测器,运用VC++语言设计了计算机采样界面,形成了荧光光谱分析的钞票识别光电系统。在紫光灯激发下,对钞票进行了荧光光谱特性分析,设计了基于荧光光谱分析的钞票识别光学系统、光电信号的检测和信号处理系统。测试结果表明：真假币的荧光光谱曲线有着明显的区别,它们的峰值分别为545nm和525nm。设计的荧光光电系统灵敏度高,可靠性好。     

荧光光谱检测的酸性橙Ⅱ的研究

酸性橙Ⅱ在食品工业中是禁用添加剂.针对酸性橙Ⅱ的食品安全检测问题,报道了运用荧光光谱技术检测其水溶液的实验.实验表明,酸性橙Ⅱ水溶液在230～290nm波长激发下,310～390nm范围内产生荧光光谱,峰位波长在350nm,最佳激励波长为250nm;采用垂直偏振片(起偏角为0°)起偏照射样品,发现偏振荧光峰位不变,荧光峰强度随检偏角的增大而呈明显的线性递减关系.由实验数据计算得到荧光偏振度为0.783,表明分子具有一定确定取向;另外,分析认为酸性橙Ⅱ产生荧光,是由于分子中含有苯环和萘环结构吸收紫外光能量,以及氮键在光子作用下形成顺式异构体的激发单线态后,两者发射的光子所致.整个结果对酸性橙Ⅱ在食品中的违禁使用检测、特性表征、以及分子规律的更深入研究,有一定的参考价值.     

A scanning laser induced fluorescence detection system for capillary electrophoresis microchip based on optical fiber

In this paper, a scanning laser induced fluorescence detection system for capillary electrophoresis microchip based on single-mode optical fiber has been established using a green diode pumped solid-state laser as excitation source. It includes laser induced fluorescence detection subsystem, capillary electrophoresis microchip, mechanical scanning platform, channel identification unit and fluorescent signal processing subsystem. Two V-shaped detecting probes composed of optical fiber for transmitting the excitation light and detecting the induced fluorescence were constructed. Parallel four-channel signal analysis of capillary electrophoresis was performed by this system using Rhodamine B sample solution. Furthermore, the separation and distinction of different concentrations of Rhodamine B sample were achieved with the constructed detection system. The lowest detected concentration is 1.0 × 10⁻⁵ mol/L for Rhodamine B sample. The results show that the constructed detection system possesses some advantages of compact structure, low cost, and better stability which could be used as reference to the design and optimization of laser induced fluorescence detection system for capillary electrophoresis microchip.     

基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测研究

针对柴油机润滑油被燃油稀释的状态监测的问题,研究了基于紫外荧光技术的柴油机润滑油被燃油稀释的检测方法,设计搭建了检测实验装置。利用峰值发射波长为365 nm的紫外LED作为发射光源,发射的紫外光通过400 nm低通滤光片过滤后进入石英比色皿中的油样,并激发油样产生荧光,产生的荧光通过400 nm高通滤光片过滤后,利用探测波长范围为400～800 nm的光电传感器采集油样的荧光信号,利用万用表读取油样的荧光强度。设计开发了信号的放大和测量系统。高、低通滤光片的组合使用,减少了紫外光源所发射的紫外光对油样的荧光强度测量的干扰。利用该实验装置,测量了润滑油中柴油含量分别为20.3 Wt.%,10.0 Wt.%,5.0 Wt.%,2.5 Wt.%,1.5 Wt.%和0.7 Wt.%以及不含柴油的空白油样的荧光强度,经拟合得到柴油含量与荧光强度的方程。最后,为了检验该方法测量润滑油中柴油含量的准确性,采用柴油含量为7.5 Wt.%油样进行验证,利用该实验装置,测量了验证油样的荧光强度,代入拟合方程,计算得到油样中的柴油含量,结果表明通过该方法测量的油样中柴油含量与油样的实际柴油含量的相对误差为0.5%,实现了实验室条件下润滑油被燃油稀释的精确测量。     

一种实现显微荧光寿命图的测量方法

将脉宽120fs、重复率76MHz激光引入激光扫描显微镜的激发光路,利用其扫描系统对荧光标记样品激发扫描,将激发出的荧光从荧光探测光路引入备用的外部探测口;在探测口接一快速光电倍增管,将光电倍增管的信号送给时间相关单光子计数器,获得时间相关的荧光强度图;最后通过计算机处理获得荧光寿命图。应用此系统对青色荧光蛋白(CFP)、黄色荧光蛋白(YFP)荧光寿命进行了测量,并应用CFP、YFP实现荧光共振能量转移的测量。通过实验看出利用已有的激光扫描显微镜,配合较先进的寿命测量方法,可以很好地实现显微荧光寿命图的测量。     

利用偏振光控制的光学转换新方法

报道了一种新的非相干-相干光学转换方法,该方法利用了偏振光对含偶氮材料中自衍射的增强和抑制作用,所用样品为具有较大光致双折射(δ_n=1.3×10^-2)的偶氮掺杂聚合物薄膜.研究结果表明,当泵浦光偏振方向与两束记录光垂直/平行时,衍射效率得到了极大的增强/抑制.本文通过改变泵浦光的偏振方向得到了入射非相干图象的正片和负片.     

平面偏振光激励的多孔硅的光致发光

研究了以掠入射的平面偏振光激励的多孔硅的光致发光。实验结果显示，光的入射角对多孔硅的发光行为影响不大，然而，以ｚ方向偏振光激励的发光强度明显高于以ｘ方向偏振光激励的发光强度。激励光电场相对于样品表面的不同取向引起光致发光的差异，这反映多孔硅的光学性质是各向异性的，也排除了纯粹的硅量子点的集合作为多孔结构的可能性。     

Optical imaging with subnanometric vertical resolution using nanoparticle-based plasmonic probes

We present images with subnanometric optical resolution using novel metal nanoparticle-based probes in a Field Enhancement Scanning Optical Microscope. The probe is built of silica microspheres decorated with silver nanoparticles, which act as enhancers of the optical field. The optical resolution is dependent on the wavelength and polarization of the exciting field, and the approach curves reveal the enhancement due to cavity modes between the plasmonic probe and the sample.     

基于荧光分析的氨基甲酸酯类农药残留检测系统

通过对氨基甲酸酯类农药在紫外光照射下能够产生荧光的机理研究,设计了一种用于检测氨基甲酸酯类农药残留的荧光系统。该系统采用单光源、双光路结构,能够对测量信号和参考信号同时进行处理。采用所设计的筒式光纤探头激发并探测荧光,设计了相应的信号处理电路,实现了计算机管理。利用该系统和稳态光谱仪对西维因进行了对比实验。结果表明:在激发波长为319nm、荧光波长为654nm时,最小检测浓度为5×10-7μg/L。当西维因浓度范围在0.0～120.0μg/L之间时,系统具有较好的线性关系,线性相关系数r=0.9996(信噪比S/N=5)。该系统达到了荧光检测的指标。     

拉曼-荧光联合光谱水下原位探测技术研究

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物过程产生了多种多样的矿物过程,并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合,针对此需求开展了原理验证实验研究。在实验室搭建了一套拉曼-荧光联合光谱探测桌面系统,利用一台双波长激光器同时作为拉曼光谱和荧光光谱的激发光源,其中拉曼光谱采用532 nm波长,荧光光谱采用266 nm波长,双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路,经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测,拉曼光谱采用QE65000光谱仪,荧光光谱采用USB2000光谱仪,通过软件可以方便的分别设置两个光谱仪的参数。利用搭建的实验系统对海水和拟菱形藻样品进行探测,分别获得了海水样品的SO2-₄拉曼光谱和可溶性有机物(CDOM)荧光光谱,拟菱形藻样品的类胡萝卜素拉曼光谱和类蛋白、叶绿素等荧光光谱,实验结果证明了研制小型拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,并为发展原位联合光谱探测装置提供了技术参考。