Устройство для анализа флуоресцирующих сред

 

Изобретение относится к измерениям излучений флуоресцирующих сред, возбужденных лазером, и может быть использовано для ДНК-сиквёнса. Цель изобретения - увеличение чувствительности анализа. Устройство содержит лазер 1, поворотную призму 2, селективное зеркало с отверстием 3, двухлинзовый объектив 4 со срезом 7 на двояковыпуклой линзе объектива, пространственный фильтр 5, оптически связанные между собой. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g С 01 И 21/63

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fMHT СССР (21) 4679615/25 (22) 18.04.89 (46) 23.03.91.Бюл. 11 11 (71) Институт физики АН БССР (72) С;В.Нечаев, А.А.Левкович, М .Г.Солоненко и Е.В.Багнюк (53) 772.88 (088.8) (56) Патент Великобритании

Р 1298658, кл. G 01 N 21/22, 1972.

Патент Японии Р 54-7593, кл. С 01 N 21/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ФЛУОРЕСЦИРУВЗЩИХ СРЕД

2 (57) Изобретение относится к измерениям излучений флуоресцируняцих сред, возбужденных лазером, и может быть использовано для ДНК-сиквенса . Цель изобретения — увелйчение чувствительности анализа. Устройство содержит лазер 1 поворотную призму 2, селективное зеркало с отверстием 3, двухлинзовый объектив 4 со срезом 7 на двояковыпуклой линзе объектива, пространственный фильтр 5, оптически связанные между собой. 1 ил.

-: 1б36739 Изобретение относится к измерению слабых потоков флуоресценции, возбуждаемой лазерным излучением в флуоресцирующих средах, и может быть использовано для детектирования нуклеотидной последовательности фрагментов

ДНК в полиакриламидном геле.

Цель изобретения — повышение чувствительности измерения флуоресценции 1р за счет эффективного снижения уровня фона и увеличения объема возбуждаемо го вещества.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1, поворотную призму 2, поворотное селективное зеркало 3 с отверстием, двухлинзовый объектив 4, лространственный фильтр 5, исследуемую среду б, плос- 20 кий срез 7 на одной из сторон двояковыпуклой линзы объектива.

Назер 1 предназначен для генерации лазерного излучения. Призма предназначена для поворота луча лазера 1 25 под углом 90 . Поворотное селективное зеркало 3 с отверстием предназначено для пропускания луча лазера че- . рез отверстие, направления излучения Алуоресценции на фотоприемник 3р (не показан). Двухлинзовый объектив

4 предназначен для фокусировки лазерного луча, а также для сбора излучения флуоресценции и направления его параллельным пучком на селективное 35 поворотное зеркало 3. Объектив 4 имеет две линзы. Одна из них является двояковыпуклой и имеет на одной из сторон плоский срез, расположенный на пути луча лазера, что приводит к 40 смещению его точки фокусировки.

В предлагаемом устройстве срез выполнен на стороне, обращенной к ме« ниску. Вторая линза выполнена в виде мениска, вогнутая сторона которого обращена к исследуемой среде.

Пространственный фильтр 5 предназ- . начен для поглощения любых лучей, идущих непараллельно оптической оси устройства между объективом 4 и поворот- 50 ным селективным зеркалом. Он представляет собой набор тонкостенных концентрических цилиндров, поверхность которых имеет коэффициент поглощения, близкий к единице. Он .может быть выполнен, например, из фольги. Внутренний цилиндр является каналом для луча лазера и имеет протяженность от отверстия в селективном поворотном зеркале до объектива 4. Остальные цилиндры имеют протяженность от объектива 4 до ближайшего к нему поворотного селективного зеркала 3 и не препятствует излучению, отражаемому от поворотного селективного зеркала 3. Количество цилиндров подбирае»= ся под конкретный объектив экспериментально и может быть от 5 до 10 в зависимости от конкретного объектива.

Устройство работает следующим образом.

Луч лазера поворачивается призмой

2, проходит через отверстие в поворотном селективном зеркале, каналируется внутренним цилиндром пространственного фильтра 5 и попадает на двухлинзовый объектив 4, проходит его в месте среза 7 на собирающей линзе объектива 4, фокусируется в точку.

За счет наличия среза данный объек-. тив имеет два фокусных расстояния:

Х - для сбора флуоресценции, для фокусировки лазерного луча. Исследуемая среда 7 помещена в главной фокальной плоскости Й», лазерный луч фокусируется за исследуемой средой 6.

Излучение флуоресценции собирается объективом 4 в пучок параллельных лучей, которые проходят сквозь пространственный фильтр 5, попадают на непрозрачное для длин волн флуоресценции поворотное зеркало 3 и далее направляются на фотоприемник.

Конструкция объектива позволяет получить оптимальные параметры лазерного пучка для детектирования нуклеотидной последовательности фрагментов ДНК и других ббъектов в полиакриламидном геле. Размеры лазерного пучка выбираются исходя из следующих соображений: максимальный диаметр лазерного пучка не должен превышать

0,2 мм, чтобы достигалось необходимое пространственное разрешение, минимальный диаметр ограничен тем, что высокая плотность мощности приводит к фотодеструкции исследуемой среды и снижению величины регистрируемого сигнала, поэтому необходима большая площадь лазерного пучка.для возбуждения наибольшего количества вещества. Оптимальным можно принять диаметр пучка равный 0,1-0,2 мм, при котором достигается высокая чувствительность изме6739 6

163 в объекти5

10 офеева

Корректор С.Иевкун

Заказ 811 Тираж 409 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 рений, что и имеет место ве данной конструкции.

Двухлинзовый объектив позволяет повысить чувствительность и за счет большого (до 90 ) угла сбора флуоресценции. Объектив может быть выполнен и многолинзовым.

Применение пространственного фильтра позволяет отрезать отраженный и рассеянный лазерный свет. Лазерные лучи, проходящие непараллально оптической оси, поглощаются фильтром и не попадают в фотоприемник.

Это значительно снижает уровень фона, что приводит к увеличению соотношения сигнал/шум и повышает чувствительность устройства.

Применение селективного поворотного зеркала позволяет выделить из собираемого объективом света только излучение флуоресценции, что также снижает уровень фона, повышает чувствительность устройства.

Пример. Используют двухлинзовый объектив, специально рассчитанный для работы с веществом, находящимся между стеклами толщиной 4 мм,,и исправленный на хроматические абберации. Фокусное расстояние для сбора флуоресценции fg = 14 мм,для фокусировки лазера f< = 20 мм. Угол сбора флуоресценции 90 о. Наличие фокуса f обеспечивают срезом на внутренней стороне двояковыпуклой линзы объектива, диаметр среза равняется двум миллиметрам. В точке сбора люминесценции диаметр лазерного луча равен .0,17 мм.

Пространственный фильтр обеспечивает каналирование лазерного луча в тонкослойный диаметр с внутренним диаметром 2 мм, который установлен одним торцом к отверстию в поворотном зеркале, другим — вплотную к линзе объектива. Остальные цилиндры имеют одинаковую высоту 30 мм и различаются диаметром на 4 мм.

Селективное зеркало имеет отражение 99,7 для диапазона длин волн

520-560 нм под углом 45 . ИспольСоставитель E.Äoð

Редактор Л.Зайцева Техред g.дидык

50 зуют гелий-кадмиевый лазер мощностью 25 мВт с длиной волны 441 вм.

В качестве флуоресцирующей метки при электрофорезе фрагментов .ДНК ис- . пользуют флуоресциин — изотиоционат

При этом была достигнута пороговая чувствительность 5 !О моль в

47 пробе при соотношении сигнал/шум равном 2 °

Преимуществом изобретения является увеличение чувствительности в

10 раз за счет того, что., конструк" тивные особенности устройства позвоб ляют снизить фон, поднять соотноше;ние сигнал/шум, а также увеличить объем возбуждаемого вещества, Формула изобретения

Устройство для анализа флуоресцирующих сред, содержащее оптически связанные лазер поворотную призму, поворотное зеркало с отверстиями в центре и расположенный на оптической оси устройства объектив, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, устройство дополнительно снабжено прост ранственным фильтром, выполненно в виде набора тонкостенных концентрических цилиндров, соосных с опти ческой осью, с коэффициентом поглощения поверхностью, близким к единице, и расположенным между поворотным зеркалом и объективом, причем поворотное зеркало выполнено селективным для длин волн излучения флуоресценции, а объектив выполнен двухлинзовьж, одна из линз которого является двояковыпуклой и имеет срез на одной из сторон, расположенной на оптической оси и перпендикулярной ей, диаметр среза соответствует ширине лазерного луча, а вторая линза выполнена в виде мениска и обращена к исследуемой среде вогнутой стороной, при этом в фокусе fg объектива находится исследуемая среда, Е является фокусом объектива для лазерного луча и находится за исследуемой, средой.