ФЛУОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА

Настоящая полезная модель относится к области оптического приборостроения, в частности к флюориметрическим детекторам для определения флюоресцирующих веществ в капиллярных планарных аналитических устройствах и может быть использована в приборах при контроле производств, в фармакологии, биотехнологии, при экологическом мониторинге и в медицинских и биологических исследованиях.
Известен микроколоночный хроматограф с флюориметрическим детектором ХЖ-1311 1, включающий источник возбуждения флюоресценции, кварцевую кювету, монохроматор для изменения длины волны возбуждающего света и приемник излучения. В качестве источника возбуждения флюоресценции служит водородная лампа, а детектирование флюоресценции проводится под углом 90° относительно возбуждающего света. К недостаткам флюориметрического детектора ХЖ-1311 относится его громоздкость (габариты 50x70x70 см), больщая стоимость и вес при чувствительности 10 моля по флюоресцеину.
Известна система для высокочувствительного капиллярного
электрофореза с лазер-индуцируемым флюоресцентным детектором, Р/АСЕ, фирмы Бэкман (Beckman Instruments, Inc., Fullerton, California) 2, в которой
ОПТОВОЛОКОННЫЙ кабель передает свет лазера на капилляр, в котором флюоресценция излучается во всех направлениях. Эллиптическое зеркало с отверстием, расположенное на противоположной стороне капилляра по отношению к источнику возбуждающего света, собирает излучение флюоресценции и направляет его в трубку фотоумножителя, находящегося с той же стороны, что и источник возбуждающего света. Описанный детектор фирмы Бэкман имеет высокую чувствительность,  моля, однако имеет большие габариты и очень высокую стоимость ( 15 тыс. долларов США, в составе прибора капиллярного электрофореза, стоимостью 70 тыс. долларов США), т. е. является принципиально стационарным дорогостоящим прибором.
Наиболее близким решением к предлагаемому является флюориметрический детектор для капиллярного электрофореза 3, содержащий в качестве источника возбуждающего излучения светодиод, интерференционный светофильтр, градиентный транслятор, передающий изображение светящегося тела светодиода в центр капилляра круглого сечения. Детектирование флюоресценции производится двумя мультимодовыми оптоволоконнными зондами, расположенными под углом 45 к оси капилляра. Вся конструкция для снижения светового фона от рассеяннго света залита полимерной массой, служащей иммерсионной средой и помещена в алюминиевый корпус, в который встроен термистор и элемент Пельтье для термостатирования. Чувствительность детектора « 10 моля по родамину 6Ж.
Извесгный детектор имеет следующие недостатки:
детектор рассчитан на детектирование в капилляре круглого сечения и не может быть реализован на нланарных чипах., так как необходимо собирать свет на плоскости, либо делать углубление в планарном устройстве, что сложно и не технологично;
вся система требует термостатирования, так как помещена в общий корпус для жесткости;
помещение всего устройства в иммерсионную среду делает конструкцию громоздкой и неудобной в использовании.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, является существенное упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса детектора при сохранении высокой чувствительности.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в флюориметрическом детекторе для капиллярного электрофореза, содержащем источник излучения в виде светодиода, светофильтр, градиентный транслятор, капилляр планарного аналитического устройства, расположенный в фокусе светового пучка, выходящего из градиентного транслятора, и приемник излучения, последний выполнен в виде жгута оптических волокон, один конец которого помещен в жесткий цилиндр, расположенный внешне коаксиально градиентному транслятору, а другой конец в виде гибкого пучка связан со светочувствиетельным устройством, например, фотоэлектронным умножителем.
На фиг. 1 схематически представлен общий вид предлагаемого флюориметрического детектора для капиллярного электрофореза;
На фиг. 2 - увеличенное изображение выделенной, А, части общего вида устройства.
Предлагаемое устройство состоит из светодиода 1, соединенного со светофильтром 2 и градиентным транслятором 3. Онтоволоконный жгут 4, одним концом закреплен в жестком цилиндре 5, коаксиально градиентному транслятору. Канилляр 6, вытравленный в цланарном устройстве аналитического чина 7, расположен в фокусе светового пучка, выходящего из градиентного транслятора. Другой конец гибкого оптоволоконного жгута 4 связан со светочувствительным устройством 8, в качестве которого использован фотоэлектронный умножитель. На рис. 2 показан ход лучей, 9, возбуждающей флюоресценции и ход лучей, 10, детектируемого излучения флюоресценции.
Флюориметрический детектор для капиллярного электрофореза работает следующим образом: Возбуждающий свет, в диапазоне возбуждения применяемой флюориметрической метки, излучается светодиодом (1). Спектральная полоса возбуждения может быть сужена с помощью светофильтра (2). Изображение светящегося тела светодиода через градиентный транслятор (ГТ) (3) передается в центр капилляра с исследуемой жидкостью. Длина ГТ подбирается так, чтобы фокус изображения светящегося тела находился в центре капилляра, т. е. расстояние от торца градиентного транслятора до центра капилляра может быть подобрано так, чтобы ГТ мог быть плотно прижат к поверхности планарного аналитргаеского устройства. Свет флюоресценции, излучаемый во всех направлениях, попадает в торец
цилиндрически сформированной части 5 нучка оптических волокон 4, расположенной внешне коаксиально к ГТ и передается далее через этот пучок к фотоприемному устройству, например, фотоэлектронному умножителю 8.
Патентуемый детектор, в отличие от прототипа, при такой же или более высокой чувствительности обладает существенно упрощенной конструкцией. Высокая чувствительность достигается за счет применения цилиндрической формы оптоволоконного жгута, что повышает апертуру устройства и увеличивает количество детектируемого света флюоресценции.
Устройство не нуждается в термостатировании, так как жесткость конструкции не требует заливки всего объема устройства плексигласом.
Основным результатом изобретения является существенное упрощение конструкции по сравнению с прототипом при сохранении или увеличении его чувствительности. Применение защищаемого устройства позволяет реализовать портативный вариант прибора капиллярного электрофореза на чипе.
Задачей рещаемой в данном изобретении является осуществление детектирования флюоресцирующих жидкостей в капилляре малого сечения, вытравленного в планарном аналитическом чипе. Такое устройство удобно для применения в капиллярном электрофоре, реализованном на планарном чипе. Таким образом предложенное техническое рещение позволяет создать устройство, которое не требует сложной юстировки, осуществляет детектирование с той же строны, что и освещение (так как планарная геометрия капиллярной системы на чипе не удобна для детектирования под
прямым углом, как это можно сделать при работе с капилляром круглого сечения), позволяет значительно снизить габариты детектора для применения его в планарном приборе
Данное устройство реализовано и прошло лабораторные испытания.
Источники информации
1.Микроколоночный хроматограф с флюориметрическим детектором ХЖ1311. 1Г2.840.223. Техническое описание, НТО АН СССР, 1989 г.
2.Система для высокочувствительного капиллярного электрофореза с лазериндуцируемым флюореспентным детектром, Р/АСЕ, фирмы Бэкман (Beckman Instruments, Inc., Fullerton, California), Рекламное описание, 1998 г.
3.Flfredo Е. Bruno, Francois Maystre, Beat Krattiga, Philippe Nussbaum, Emst Gassmann, The pig-tailing approach to optical detection in capillary electrophoresis, J. Analytical Chemistry, V. 13, No 5 (1994), p. 190-198, (прототип). 6