一种光学检测系统及化学发光分析仪的制作方法

1.本发明涉及一种光学检测系统及化学发光分析仪，属于化学检测设备技术领域。


背景技术：

2.化学发光是重要的免疫分析方法。在化学发光分析中，通过介质使得血液样本中的待测物质与生物标志物组合并发出荧光。通过光学检测系统捕捉该发光信号并转换成待测物质浓度。
3.因此，光学检测系统在化学发光分析中起到重要作用，其直接决定了免疫分析仪的检测精度。光学检测系统通常包括透镜系统和光子计数器。透镜系统用于采集反应液在反应中或者反应后所发出的荧光，并将该荧光聚集到光子计数器的镜头处。光子计数器对所采集的光子进行计数，以得出相应的发光强度信号。
4.据此，透镜系统与光子计数器的光学联结在化学发光检测中极为重要。现有的光学联结往往存在重复性差、效率低的问题，即由于光学检测系统的安装而不能获得相同的检测精度，并且光子计数器不能充分利用透镜系统所采集的荧光。


技术实现要素：

5.针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种光学检测系统，其改进了透镜系统与光子计数器的光学联结，获得了稳定的重复性和较高的检测效率。另外，还提出了一种化学发光分析仪，使用所述光学检测系统进行化学发光分析，提高检测效率。
6.本发明提出了一种光学检测系统，用于检测样本中的待测物质浓度，其特征在于，包括：反应容器，所述反应容器承载由待检测样本和检测试剂混合而成的反应溶液；聚光透镜系统，所述聚光透镜系统采集从所述反应容器出射的反应光；光子计数器，所述光子计数器设置在所述聚光透镜系统的光路下游；其中，所述反应光被所述聚光透镜系统汇聚成信号光束并投射到所述光子计数器的受光面上，所述聚光透镜系统的总焦距大于所述聚光透镜系统的中心点距所述受光面的距离。
7.本发明的进一步改进在于，光斑与所述光子计数器的受光面的镜头的直径比为0.3-0.9。
8.本发明的进一步改进在于，所述光斑与所述光子计数器的受光面的镜头的直径比为0.3-0.5。
9.本发明的进一步改进在于，所述反应容器与所述聚光透镜系统之间设置有滤光器。
10.本发明的进一步改进在于，所述聚光透镜系统与所述光子计数器的镜头之间设置有可调孔径光阑。
11.本发明的进一步改进在于，所述聚光透镜系统包括非球面透镜。
12.本发明的进一步改进在于，所述聚光透镜系统为单透镜或多个透镜组合成的。
13.本发明的进一步改进在于，所述的聚光透镜系统设置在可调机构上，所述可调机构带动所述聚光透镜系统移动从而调节光斑位置。
14.根据本发明的另一个方面，还提出了一种化学发光分析仪，包括：所述的光学检测系统。
15.激发光源，用于向所述光学检测系统中的反应容器的反应溶液发射激发光，控制器，用于从所述光学检测系统的光子计数器接收信号，以确定检测样本中的待检测物质浓度。
16.本发明的进一步改进在于，所述化学发光分析仪还具有试剂添加部，所述试剂添加部向所述反应容器中添加含有感光微球和发光微球的检测试剂；在添加所述检测试剂后，所述激发光源向所述反应溶液发射波长在600nm～700nm的激发光；所述反应溶液在收到激发光后出射反应光；所述光学检测系统的聚光透镜系统在采集到所述反应光后将波长450nm～650nm的信号光束投射到光子计数器的受光面上。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明所述光学检测系统，其改进了透镜系统与光子计数器的光学联结，获得了稳定的重复性和较高的检测效率。另外，还提出了一种化学发光分析仪，使用所述光学检测系统进行化学发光分析，提高检测效率。
18.本发明所述的光学检测系统中还设置有避光装置，可以遮挡环境光线，避免环境光对检测造成干扰。在反应容器与聚光透镜之间或聚光透镜与光子计数器之间设置滤光器，可以滤除非反应光。在聚光透镜与光子计数器之间孔径光阑，可以调整光斑直径。
19.本发明所述的光学检测系统中，聚光透镜与光子计数器的镜头同心设置，聚拢光束的光斑直径与光子计数器的镜头直径之比可以从0.9变化到0.3，优选地，光斑直径与光子计数器的镜头直径之比为0.5，这时光学检测系统可以达到最优的检测效率和检测稳定性。
附图说明
20.下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：图1显示了根据本发明的一个实施例的光学检测系统示意图；图2显示了根据本发明的一个实施例的聚光透镜系统位置调节示意图；图3显示了根据本发明的一个实施例的大光斑在镜头上偏出情况示意图；图4显示了根据本发明的一个实施例的大光斑对准姿态示意图；图5显示了根据本发明的一个实施例的小光斑对准姿态示意图；图6显示了根据本发明的一个实施例的小光斑偏离姿态示意图；在附图中各附图标记的含义如下：1、聚光透镜系统，2、光子计数器，3、反应容器，4、滤光器，5、孔径光阑，6、聚光透镜系统对准姿态，7、聚光透镜系统偏离姿态，8、光斑，9、镜头。
具体实施方式
21.为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
22.现有透镜系统与光子计数器2的光学联结往往存在重复性差、效率低的问题，即由于光学检测系统的安装而不能获得相同的检测精度，并且光子计数器2不能充分利用透镜系统所采集的荧光。针对现有技术的问题，本发明提供了一种光学检测系统、方法、装置及化学发光分析系统。
23.图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的光学检测系统，所述光学检测系统包括反应容器3，反应容器3承载由待检测样本和检测试剂混合而成的反应溶液，用于为实验反应提供空间，在实验过程中，反应容器3中盛放有反应液或反应药剂，通过处理反应液中待测物质与生物标志物组合发出的荧光，发光的强度与待测物质浓度成正比。
24.本实施例中所述光学检测系统还包括聚光透镜系统1，聚光透镜系统1与反应容器3对应设置，能够采集反应容器3出射的反应光，并将反应容器3中的荧光汇聚成汇聚信号光束。在聚光透镜系统1可以是单个透镜也可以是多个透镜的组合，在本实施例中，优选为多个透镜组合，可以根据实际需要调节焦点、光线角度等。
25.在聚光透镜系统1的光路下游设置有光子计数器2，光子计数器2是一种基于直接探测量子限理论的极微弱光脉冲检测设备。它利用光电倍增管的单光子检测技术，通过对电子计数器鉴别并测量单位时间内的光子数，从而检测离散微弱光脉冲信号功率。
26.根据本实施例所述的光学检测系统的原理是：聚光透镜系统1将反应容器3内反应的荧光汇聚成汇聚信号光束，并投射到所述光子技术器的受光面9上，所述光子计数器2对采集的汇聚光束的光子进行计数，以得出相应的发光强度信号，从而转换成待测物质浓度。
27.在本实施例中，所述聚光透镜系统的总焦距大于所述聚光透镜系统的中心点距所述受光面的距离。
28.优选地，所述的聚光透镜系统1设置在可调机构上，所述可调机构带动所述聚光透镜系统1移动从而调节光斑8位置，如图2所示。
29.在一个实施例中，所述汇聚光束投射到所述光子计数器2的受光面的镜头9上形成光斑8，所述光斑8与所述镜头9的直径比为0.3-0.9。
30.本实施例中，光斑8与所述镜头9的直径比在0.3-0.9之间，这是能够实现本实施例光学检测方法的范围，如果光斑8与所述镜头9的直径比小于0.3，则光斑8过小会影响光子计数器2的检测准确性，如果光斑8大与镜头9的直径比大于0.9，则光斑8很难对准到镜头9上，可能会出现光斑8偏出的状况，如图3所示，此时光斑8过大易于受到安装误差的干扰，造成光子遗漏。在光斑8大与镜头9的直径比大于0.9时，光斑8最大，几乎占据镜头9所有面积，在调整聚光透镜系统1的位置后，使光斑8与镜头9同心（如图4所示），但这样调整的过程中相对比较困难，调整所需要的时间较长。
31.在一个优选的实施例中，所述光斑8与所述镜头9的直径比为0.3-0.5，优选为0.5。此时，光学检测系统可以达到最优的检测效率和检测稳定性。即使在安装光学检测系统时存在微弱的安装误差（例如图6所示，聚光透镜与光子计数器2镜头9并未同心设置），光斑8
也不会偏出光子计数器2镜头9，不会造成光子遗漏，光学检测系统依然可以实现相同的检测精度，而不受到人为误差的干扰。
32.如图5所示，小光斑8对准姿态示意图，在直径比为0.5的情况下，光斑8约占据光子计数器2镜头9的四分之一。在此情况下，光子计数器2能够以最优的速度捕捉入射的光子。同时，由于光斑8面积占光子计数器2镜头9面积四分之一，不容易受到安装误差的干扰。如图6所示，即使透镜系统没有与光子计数器2的镜头9精确同心，透镜系统的光轴与光子计数器2镜头9的光轴的位置偏差较大，光子计数器2镜头92仍然能够捕捉光斑8中全部的光子，不影响光子计数器2的检测精度。
33.在一个优选的实施例中，反应容器3的直径为1cm，光斑8直径为4mm，镜头9直径为8mm。本实施例中，光斑8与镜头9的直径比、光斑8的大小以及光子计数器2的准确性上均处于最佳的状态。
34.在一个实施例中，所述聚光透镜系统1与所述光子计数器2的镜头9之间设置有可调孔径光阑5。在透镜系统不能将光束聚拢到足够小的光斑8的情况下，可以通过本实施例中的可调孔径光阑5进一步缩小光斑8。
35.在一个实施例中，反应容器3与聚光透镜系统1之间设置有滤光器4；在另一个实施例中，滤光器4设置在聚光透镜系统1和光子计数器2的镜头9之间。
36.在本实施例中，在反应容器3与聚光透镜系统1或者在聚光透镜系统1和光子计数器2之间设置滤光器4能够过滤汇聚光束中的非反应光。具体来说，滤光器4采用滤光片，滤光片为用来选取所需辐射波段的光学器件，根据不同情况可以选择单个滤波片或多个滤波片。当然，也可以是在反应容器3与聚光透镜系统1之间，以及在聚光透镜系统1和光子计数器2之间均设置滤光器4。
37.当滤光器4设置在反应容器3和聚光透镜系统1之间时，反应容器3内的反应光首先经过滤光器4的过滤，滤除非反应光，之后通过聚光透镜系统1形成锥形的汇聚光束，汇聚光束进入光子计数器2。当滤光器4设置在聚光透镜与光子计数器2之间时，反应容器3的光线首先进入聚光透镜，由此将分散的光束聚拢，随后，聚拢的汇聚光束可以进入滤光片，以进一步滤除非反应光。
38.通过设置滤光器4能够非反应光过滤，从而提高检测结果的准确性。
39.在一个实施例中，所述聚光透镜系统包括非球面透镜。
40.采用非球面透镜能够获取更好的成像质量，非球面透镜能够更好地校正像差，从而提高成像的清晰度。并且，非球面透镜可以减小光学系统的尺寸和重量，使得光学设计更加紧凑、轻巧。
41.由于非球面透镜的表面曲率半径更大，因此具有更好的耐磨性，可以减少更换镜片的频率。此外：使用非球面透镜可以在保持较小的光学系统尺寸和重量的同时，实现更高的光学效果，从而提高成像质量和视野范围。
42.在一个实施例中，所述光学检测系统还包括避光装置，所述避光装置设置在反应容器3、聚光透镜系统1和光子计数器2所形成的光路外，遮挡其他光线。通过设置避光装置能够有效地避免环境光的干扰。本实施例中，所述避光装置可以是挡板型、围板型、筒形或盒状的结构，简而言之，避光装置可以是能够遮住光线的任意形式。
43.根据本发明所述的一种光学检测系统，改进了聚光透镜与光子计数器2的光学联
结，获得了稳定的重复性和较高的检测效率。在反应容器3与聚光透镜之间或聚光透镜与光子计数器2之间设置滤光器4，可以滤除非反应光；在聚光透镜与光子计数器2之间可调孔径光阑5，可以调整光斑8直径。聚拢光束的光斑8直径与光子计数器2的镜头9直径之比可以从0.9变化到0.3，优选地，光斑8直径与光子计数器2的镜头9直径之比为0.5时，光学检测系统可以达到最优的检测效率和检测稳定性。
44.根据本发明的另一个方面，还提出了一种化学发光分析仪，包括：使用根据上述实施例所述的光学检测系统进行化学发光分析。
45.激发光源，用于向所述光学检测系统中的反应容器的反应溶液发射激发光，控制器，用于从所述光学检测系统的光子计数器接收信号，以确定检测样本中的待检测物质浓度。
46.在本实施例中，激发光源为光学检测系统提供激发光，控制器内置程序，可以根据光子计数器接收到的信号进行计算，最终得到待测物质的浓度。
47.在一个优选的实施例中，所述化学发光分析仪还具有试剂添加部，所述试剂添加部向所述反应容器中添加含有感光微球和发光微球的检测试剂；在添加所述检测试剂后，所述激发光源向所述反应溶液发射波长在600nm～700nm的激发光；所述反应溶液在收到激发光后出射反应光；所述光学检测系统的聚光透镜系统在采集到所述反应光后将波长450nm～650nm的信号光束投射到光子计数器的受光面上。
48.在根据本实施例所述的化学发光分析仪中，其包括上述实施例所述的光学检测系统，改进了透镜系统与光子计数器的光学联结，获得了稳定的重复性和较高的检测效率。
49.应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
50.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.某些术语在本技术文件中自始至终用来指示特定系统部件。如本领域的技术人员将认识到的那样，通常可以用不同的名称来指示相同的部件，因而本技术文件不意图区别那些只是在名称上不同而不是在功能方面不同的部件。说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例
中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
53.本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
54.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。