專利名稱：微量化學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微量化學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
考慮到化學(xué)反應(yīng)的速度、對(duì)使用少量樣品進(jìn)行反應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)分析的需求等，到目前為止，在非常小的空間內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的集成技術(shù)引起了人們的注意，并且在全世界，人們積極地進(jìn)行研究。
所謂的微量化學(xué)系統(tǒng)是這種集成技術(shù)的一種例子。微量化學(xué)系統(tǒng)用于對(duì)液基樣品(liquid-borne)上進(jìn)行混合、反應(yīng)、分離、萃取、探測(cè)等，其中該樣品放在由小玻璃襯底等形成的非常細(xì)小的溝槽內(nèi)。在這種微量化學(xué)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)的例子包括，重氮化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、抗原一抗體反應(yīng)。此外，萃取/分離的例子包括溶劑萃取、電泳分離和柱式分離(column separation)。微量化學(xué)系統(tǒng)可以用于單一功能，例如只用于分離，或者用于多種功能的組合。
作為只用于以上功能中分離功能的微量化學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)例子，提出了用于分析極少量蛋白質(zhì)、核酸等的電泳裝置(例如見(jiàn)，日本公開(kāi)專利出版物(公開(kāi))No.H08-178897)。這種電泳裝置有一個(gè)形成有槽的板狀部件，它包括兩個(gè)結(jié)合在一起的玻璃襯底。由于該部件是盤狀的，與具有圓形或矩形橫截面的玻璃毛細(xì)管的情況相比不宜破損，因此更易于操作。
在這些微量化學(xué)系統(tǒng)中，因?yàn)橐夯鶚悠返牧糠浅Ｉ伲虼烁哽`敏度探測(cè)方法是必需的。作為這樣的一種方法，建立了光熱轉(zhuǎn)換光譜分析法，它利用了在非常細(xì)小的溝槽內(nèi)的液基樣品上所發(fā)生的熱透鏡效應(yīng)吸收光。這種光熱轉(zhuǎn)換光譜分析法利用了光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，在其中光被會(huì)聚地照射在液基樣品上，在液基樣品上會(huì)吸收光，并釋放熱能，并且該熱能使溶液的溫度局部升高，由此改變其折射率，因此形成了熱透鏡。這種光熱轉(zhuǎn)換光譜分析法為實(shí)現(xiàn)微量化學(xué)系統(tǒng)開(kāi)辟了道路。
圖5是一個(gè)用于解釋熱透鏡原理的視圖。
在圖5中，激勵(lì)光通過(guò)顯微鏡物鏡會(huì)聚地照射在極少量液基樣品上，由此引起光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)。對(duì)于多數(shù)物質(zhì)，折射率隨溫度升高而降低，因此在包含有液基樣品的液體中，由激勵(lì)光會(huì)聚地照射其上，折射率會(huì)降低，越接近會(huì)聚光的中心這種降低越大，會(huì)聚光的中心處溫度的升高最大。換句話說(shuō)，折射率隨著遠(yuǎn)離會(huì)聚光的中心會(huì)相對(duì)地增加。這是因?yàn)椋捎跓釘U(kuò)散，溫度的升高隨著遠(yuǎn)離會(huì)聚光的中心會(huì)變小。從光學(xué)上講，作為結(jié)果的折射率分布產(chǎn)生與凹透鏡一樣的效果，并因此該效應(yīng)被稱為熱透鏡效應(yīng)。熱透鏡效應(yīng)的尺寸，也就是，凹透鏡的光焦度正比于液基樣品的光學(xué)吸收率。此外，對(duì)于折射率隨溫度增加的情況，折射率的變化是相反的，并因此產(chǎn)生了與凸透鏡相同效果的熱透鏡效應(yīng)。
在上述的光熱轉(zhuǎn)換光譜分析法中，由于液體中的熱擴(kuò)散，可以觀察到包含液基樣品的液體(樣品溶液)的折射率變化，并因此該方法適合探測(cè)液體中極少量樣品的濃度。
在傳統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置中，形成有槽的板狀部件放置在顯微鏡的物鏡下，且將從激勵(lì)光光源輸出的預(yù)定波長(zhǎng)的激勵(lì)光引入顯微鏡。激勵(lì)光通過(guò)顯微鏡物鏡會(huì)聚地照射在液基樣品上，該樣品置于形成有槽的板狀部件的槽內(nèi)。會(huì)聚照射的激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置被置于樣品溶液中，并因此以該焦點(diǎn)位置為中心形成熱透鏡。
另一方面，具有與激勵(lì)光不同波長(zhǎng)的探測(cè)光從探測(cè)光光源輸出，并引入顯微鏡。探測(cè)光穿過(guò)顯微鏡并從顯微鏡中射出，因此會(huì)聚地照射在已經(jīng)由激勵(lì)光在樣品溶液中形成的熱透鏡上，并穿過(guò)樣品溶液，由此發(fā)散或者會(huì)聚。從樣品溶液中射出的發(fā)散或匯聚的探測(cè)光形成了信號(hào)光。信號(hào)光穿過(guò)會(huì)聚透鏡和濾波器，或者只是濾波器，再被探測(cè)器探測(cè)。探測(cè)到的信號(hào)光的強(qiáng)度取決于在樣品溶液中形成的熱透鏡。也應(yīng)該注意到，或者探測(cè)光可以具有與激勵(lì)光相同的波長(zhǎng)，或者激勵(lì)光也可以被用作探測(cè)光。
在上述的光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置中，熱透鏡由此形成在激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置，并且既可以采用與激勵(lì)光相同波長(zhǎng)的探測(cè)光，也可以采用與其不同波長(zhǎng)的探測(cè)光探測(cè)已形成的熱透鏡的折射率變化(例如見(jiàn)，日本公開(kāi)專利出版物(公開(kāi))No.H10-232210)。
然而，對(duì)于這種光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置，光源的光學(xué)系統(tǒng)等、測(cè)量部分和探測(cè)部分(光電轉(zhuǎn)換部分)在系統(tǒng)構(gòu)造方面是較復(fù)雜的，因此這種裝置的尺寸大，并缺少便攜性。從而，存在著對(duì)于安裝場(chǎng)所和光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置的操作有限制的問(wèn)題。
另外，在該光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置中，激勵(lì)光和探測(cè)光穿過(guò)空曠的空間而被引入液基樣品，因此必須防止各光學(xué)系統(tǒng)元件，如光源、反射鏡和透鏡在測(cè)量的過(guò)程中移動(dòng)，這樣就需要一個(gè)用于固定這些元件的堅(jiān)固的平臺(tái)。此外，根據(jù)環(huán)境的變化，如溫度的變化，激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸可能從對(duì)準(zhǔn)位置中偏移，因此需要用于進(jìn)行調(diào)整的夾持器。這些夾持器也使得光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置的尺寸變得更大，并因此缺少便攜性。
另外，在采用光熱轉(zhuǎn)換頻譜分析法的微量化學(xué)系統(tǒng)中，很多情況下要求激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置和探測(cè)光的焦點(diǎn)位置互不相同。
圖6A和6B是這樣一個(gè)視圖，它用于解釋熱透鏡形成位置和在激勵(lì)光傳播方向上的探測(cè)光的焦點(diǎn)位置。圖6A表明了物鏡具有色差的情況，而圖6B表明了物鏡沒(méi)有色差的情況。
對(duì)于物鏡500具有色差的情況，如圖6A所示，熱透鏡501形成在激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置502，而探測(cè)光的焦點(diǎn)位置503對(duì)于激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置502偏移了ΔL的量，使得探測(cè)光能夠?qū)嵬哥R501的折射率變化探測(cè)為探測(cè)光焦距的變化。另一方面，對(duì)于物鏡500沒(méi)有色差的情況，如圖6B所示，探測(cè)光的焦點(diǎn)位置503與形成在激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置502上的熱透鏡501的位置幾乎完全相同。結(jié)果是，探測(cè)光不會(huì)因熱透鏡501而發(fā)生偏折，因此也不能探測(cè)到熱透鏡501的折射率的變化。
然而，顯微鏡的物鏡通常制作成沒(méi)有色差，因此出于上述原因，探測(cè)光503的焦點(diǎn)位置與在激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置上形成的熱透鏡501的位置幾乎完全相同(圖6B)。因此不能探測(cè)到熱透鏡501的折射率的變化。這樣就存在這樣一個(gè)問(wèn)題，即在如圖7A或7B進(jìn)行的每次測(cè)量中，必須將在其中形成有熱透鏡501的液基樣品的位置偏離探測(cè)光的焦點(diǎn)位置503，或者，在引入物鏡500前通過(guò)使用透鏡(未繪出)將探測(cè)光輕微地發(fā)散或會(huì)聚，使得探測(cè)光的焦點(diǎn)位置503偏離熱透鏡501，如圖8所示；由此，用戶的工作效率較低。
本發(fā)明的目的是提供一種微量化學(xué)系統(tǒng)，它不需要光軸對(duì)準(zhǔn)和設(shè)置探測(cè)光與激勵(lì)光的焦點(diǎn)的位置，并能夠高靈敏度地進(jìn)行測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明的第一方面，提供了一種微量化學(xué)系統(tǒng)，它包括一個(gè)形成有槽的板狀部件，其上設(shè)置了用于容納樣品的槽；一個(gè)激勵(lì)光源，它通過(guò)會(huì)聚透鏡將激勵(lì)光照射在樣品上；一個(gè)探測(cè)光源，它通過(guò)會(huì)聚透鏡將探測(cè)光照射在熱透鏡上，其中該熱透鏡通過(guò)激勵(lì)光的照射形成在樣品上；以及探測(cè)裝置，用于通過(guò)形成的熱透鏡探測(cè)所照射的探測(cè)光，其中激勵(lì)光源和探測(cè)光源通過(guò)光纖與會(huì)聚透鏡相連，該光纖用于將激勵(lì)光和探測(cè)光傳播到會(huì)聚透鏡，其特征在于會(huì)聚透鏡固定在形成有槽的板狀部件上，且光纖具有一個(gè)可以將激勵(lì)光源和探測(cè)光源與會(huì)聚透鏡分離的接合部分。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)接合部分可以可拆裝地連接光纖。因此，對(duì)于溝槽已經(jīng)污染、形成有槽的板狀部件已經(jīng)破損、及光纖已經(jīng)破損的情況，只需通過(guò)更換其上固定了會(huì)聚透鏡的形成有槽的板狀部件，就可以通過(guò)抑制液基樣品的污染進(jìn)行精細(xì)和準(zhǔn)確的探測(cè)，并降低該微化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
優(yōu)選的是，接合部分是一個(gè)連接器，設(shè)置在光纖的中間位置。
這樣，激勵(lì)光源和探測(cè)光源可以容易地連接到會(huì)聚透鏡，并從會(huì)聚透鏡上拆除。
更優(yōu)選的是，接合部分是一個(gè)FC連接器。
這樣，激勵(lì)光源和探測(cè)光源可以容易地連接到會(huì)聚透鏡，并從會(huì)聚透鏡上拆除。進(jìn)一步地，使得連接牢固，因此在光纖中傳播的激勵(lì)光和探測(cè)光的能量損失較小。
同樣優(yōu)選的是，在光纖的末端設(shè)置接合部分，光纖可以通過(guò)該接合部分與會(huì)聚透鏡相連。
這樣，可以使得接合部分的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，由此使得微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸較小。
更優(yōu)選的是，接合部分可以可拆裝地附加在會(huì)聚透鏡上。
這樣，也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，接合部分包括一個(gè)環(huán)形部件，它可以裝配到會(huì)聚透鏡上。
這樣，也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
此外，更優(yōu)選的是，接合部分可以可拆裝地附加在形成有槽的板狀部件上。
這樣，可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
更優(yōu)選的是，接合部分包含一個(gè)可以裝配到會(huì)聚透鏡上的環(huán)形部件；一個(gè)第二環(huán)形部件，可以以將第一環(huán)形部件同軸容納在其中的方式固定在第一環(huán)狀部件上，且它的內(nèi)緣表面上形成有一個(gè)環(huán)形突出部分；以及一個(gè)第三環(huán)形部件，可以以同軸地容納會(huì)聚透鏡的方式固定在形成有槽的板狀部件上，且它的外緣表面上形成有環(huán)形凹槽，用于容納環(huán)形突出部分。
這樣，也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
同樣，進(jìn)一步優(yōu)選的是，對(duì)于會(huì)聚透鏡，接合部分包含在對(duì)稱位置豎立的銷；以及一個(gè)環(huán)形部件，它同軸地固定在光纖上，且在其對(duì)著形成有槽的板狀部件的端面上形成有一些孔。
這樣，也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
同樣優(yōu)選的是，以會(huì)聚透鏡的光軸與光纖的光軸相互同軸的方式，接合部分可以實(shí)現(xiàn)激勵(lì)光源和探測(cè)光源與會(huì)聚透鏡的連接。
這樣，就不需要用于對(duì)準(zhǔn)激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸的夾持器，這也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
同樣優(yōu)選的是，激勵(lì)光的頻率與探測(cè)光的頻率不同。
這樣，無(wú)需使用外部光學(xué)系統(tǒng)，激勵(lì)光和探測(cè)光的焦點(diǎn)位置就可以彼此偏離，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
同樣優(yōu)選的是，會(huì)聚透鏡具有色差。
這樣，無(wú)需使用外部光學(xué)系統(tǒng)，激勵(lì)光和探測(cè)光的焦點(diǎn)位置可以彼此偏離。
同樣優(yōu)選的是，會(huì)聚透鏡是梯度折射率透鏡。
這樣，可以減小會(huì)聚透鏡的尺寸，由此也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
更優(yōu)選的是，梯度折射率透鏡是具有圓柱形狀的棒狀透鏡。
這樣，可以容易地夾持梯度折射率透鏡，且光纖的光軸與梯度折射率透鏡的光軸相互可以容易地相互對(duì)準(zhǔn)。
同樣優(yōu)選的是，形成有槽的板狀部件由玻璃制成。
這樣，形成有槽的板狀部件具有較高的抗化學(xué)藥品性，由此提高了微量化學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)準(zhǔn)確度。
同樣優(yōu)選的是，光纖以單模將激勵(lì)光和探測(cè)光傳播到會(huì)聚透鏡。
這樣，可以使由激勵(lì)光形成的熱透鏡的尺寸更小，且沒(méi)有色差，因此提高了微量化學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)準(zhǔn)確度。
同樣優(yōu)選的是，在朝向形成有槽的板狀部件的位置，與其上固定的會(huì)聚透鏡相對(duì)，探測(cè)裝置固定在形成有槽的板狀部件的表面上。
這樣，就不需要調(diào)整會(huì)聚透鏡和探測(cè)裝置的位置，而且也不需要用于調(diào)整的夾持器，也可使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小，此外，無(wú)論何時(shí)進(jìn)行樣品的分析，都能夠更可靠地進(jìn)行會(huì)聚透鏡和與探測(cè)裝置對(duì)槽的定位，由此提升了微量化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)的復(fù)現(xiàn)性，并提高了其精度。
附圖簡(jiǎn)述
圖1是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖2是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖3是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)視圖；圖4是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖；圖5是用于解釋熱透鏡原理的視圖；圖6A和6B是用于解釋熱透鏡形成位置，和對(duì)于沿激勵(lì)光光軸方向的探測(cè)光焦點(diǎn)位置的視圖；圖6A顯示了物鏡具有色差的情況；且圖6B顯示了物鏡沒(méi)有色差的情況；圖7A和7B是用于解釋熱透鏡形成位置，和相對(duì)于激勵(lì)光光軸的探測(cè)光焦點(diǎn)位置的視圖，其中圖7A顯示了形成熱透鏡的位置較探測(cè)光的焦點(diǎn)位置更靠近物鏡的情況；且圖7B顯示了形成熱透鏡的位置較探測(cè)光的焦點(diǎn)位置距離物鏡更遠(yuǎn)的情況；圖8的視圖用于解釋在傳統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換光譜分析裝置中，探測(cè)熱透鏡折射率變化的方法，并示出在光路中放置了凹透鏡，使探測(cè)光發(fā)散，并因此使探測(cè)光焦點(diǎn)位置遠(yuǎn)離激勵(lì)光焦點(diǎn)位置的情況。
發(fā)明詳述以下，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。
在圖1中，微量化學(xué)系統(tǒng)10包括了一個(gè)形成有槽的板狀部件120，它具有一個(gè)充滿了液基樣品的槽；一個(gè)配備有透鏡的光纖100，它被置于形成有槽的板狀部件120的上方，并在其一端裝配了透鏡；一個(gè)與配備有透鏡的光纖100相連接的光源單元110，用于通過(guò)該配備有透鏡的光纖100將激勵(lì)光照射在形成有槽的板狀部件120的槽中的液基樣品上，并且將探測(cè)光照射到液基樣品中由激勵(lì)光形成的熱透鏡上；以及一個(gè)探測(cè)器件130，它置于形成有槽的板狀部件120的下方，用于通過(guò)熱透鏡探測(cè)探測(cè)光，該熱透鏡由激勵(lì)光形成在形成有槽的板狀部件120的槽中的樣品液體中。
形成有槽的板狀部件120包括一個(gè)上層玻璃襯底121，一個(gè)中間玻璃襯底122，和一個(gè)下層玻璃襯底123，它們以上述次序從配備有透鏡的光纖100一側(cè)依次堆疊，并用粘合劑粘結(jié)在一起。
中間玻璃襯底122作為形成有槽的板狀部件120的中間層，具有形成在其中的槽124，當(dāng)微量化學(xué)系統(tǒng)10對(duì)樣品液體進(jìn)行混合、攪拌、合成、分離、萃取、探測(cè)等操作時(shí)，樣品液體會(huì)流過(guò)該槽。
出于耐久性和耐化學(xué)藥品性方面的考慮，形成有槽的板狀部件120的上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下層玻璃襯底123的材料最好為玻璃。尤其是，考慮到使用了生物樣品，如在DNA分析中的細(xì)胞樣品，具有高耐酸性和耐堿性的玻璃是優(yōu)選的，特別是為硼硅酸鹽玻璃、堿石灰(soda lime)玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃(aluminoborosilicateglass)、石英玻璃等。然而，如果因此限制了使用，那么可以使用有機(jī)材料，如塑料制成的形成有槽的板狀部件120作為替代。
用于將上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下層玻璃襯底123粘結(jié)在一起的粘合劑的例子包括，有機(jī)粘合劑，如紫外線固化型粘合劑、熱固化型的粘合劑、兩液體固化型丙烯酸粘合劑(two-liquid-curing)和環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑；以及無(wú)機(jī)粘合劑?；蛘?，可以通過(guò)熱熔合將上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下層玻璃襯底123熔合在一起。
配備有透鏡的光纖100包括一個(gè)具有透明圓柱形狀的梯度折射率棒狀透鏡101；一個(gè)與光源單元110相連的光纖102，它用于以單模傳播激勵(lì)光和探測(cè)光；一個(gè)通過(guò)壓圈104固定在光纖102一端的環(huán)形部件105，它用于在那里裝配并固定梯度折射率棒狀透鏡101；以及一個(gè)置于光纖102中間的FC連接器103(接合部分)。
壓圈104具有圓柱形的形狀，其外直徑與梯度折射率棒狀透鏡101的外直徑相同，用于使光纖102的外直徑與棒狀透鏡101的外直徑相同，且使光纖102能夠從其中插入。壓圈104置于梯度折射率棒狀透鏡101的一個(gè)表面，并通過(guò)上述的環(huán)形部件105固定在梯度折射率棒狀透鏡101上。
光纖102可以緊密接觸地固定在梯度折射率棒狀透鏡101上，或者通過(guò)壓圈104以與梯度折射率棒狀透鏡101有間隙的方式固定。
梯度折射率棒狀透鏡101上具有一個(gè)出射表面，該出射表面與壓圈104相對(duì)，該出射表面固定在上層玻璃襯底121與中間玻璃襯底122相對(duì)的側(cè)面，使得從梯度折射率棒狀透鏡101出射的多路激勵(lì)光和探測(cè)光都可以垂直地入射到形成有槽的板狀部件120上以進(jìn)入槽124。
梯度折射率棒狀透鏡101可以使用粘合劑直接固定在上層玻璃襯底121上，或使用預(yù)定的夾持器固定。用于將梯度折射率棒狀透鏡101固定在上層玻璃襯底121上的粘合劑的例子包括，有機(jī)粘合劑，如包括紫外線固化型粘合劑、熱固化型粘合劑在內(nèi)的丙烯酸粘合劑，和兩液體固化型粘合劑，和環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑，以及無(wú)機(jī)粘合劑。
設(shè)置梯度折射率棒狀透鏡101，使得探測(cè)光的焦點(diǎn)位置相對(duì)于激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置輕微地偏離ΔL的量。
ΔL的值根據(jù)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量的液基樣品的厚度而改變。假設(shè)由Ic表示共焦長(zhǎng)度，當(dāng)在厚度小于共焦長(zhǎng)度的液基樣品上進(jìn)行測(cè)量時(shí)，最優(yōu)選的是ΔL等于 共焦長(zhǎng)度Ic(nm)由Ic＝π×(d/2)2/λ1給出。這里，d表示艾里斑(airydisk)，它由d＝1.22×λ1/NA給出，λ1表示激勵(lì)光的波長(zhǎng)(nm)，且NA表示梯度折射率棒狀透鏡101的數(shù)值孔徑。在使用光纖102的情況中，從光纖102出射的光的數(shù)值孔徑較小，因此，當(dāng)使用具有大數(shù)值孔徑的棒狀透鏡時(shí)，需要在共焦長(zhǎng)度的計(jì)算中使用光纖102的數(shù)值孔徑。
ΔL的值表示探測(cè)光焦點(diǎn)位置與激勵(lì)光焦點(diǎn)位置的差異，因此無(wú)論探測(cè)光的焦距比激勵(lì)光的焦距長(zhǎng)或短，該結(jié)果都是相同的。
將梯度折射率棒狀透鏡101構(gòu)造為使得從其中心軸的位置起，在徑向上折射率可以連續(xù)地變化，該中心軸在縱向延伸。這種棒狀透鏡被認(rèn)為是一種聚光透射體，它被構(gòu)造成使得在徑向方向上與中心軸相距r的位置上的折射率n(r)，可以近似由r的二次方程給出n(r)＝n0{1-(g2/2)×r2}，
其中，n0表示中心軸處的折射率，而g表示二次分布常數(shù)。
如果梯度折射率棒狀透鏡101的長(zhǎng)度z0在范圍0＜z0＜π/2g內(nèi)選擇，那么即使梯度折射率棒狀透鏡101具有扁平的端面，該梯度折射率棒狀透鏡101將具有與普通凸透鏡相同的成像特性；當(dāng)平行光束入射到梯度折射率棒狀透鏡101上時(shí)，將在與梯度折射率棒狀透鏡101的出射端面相距s0的位置上，由平行入射光束形成焦點(diǎn)，這里s0＝cot(gz0)/n0g。
例如，這種梯度折射率棒狀透鏡101可以使用如下的方法制造。
棒狀體由玻璃形成，該玻璃具有作為主要成分的57mol％到63mol％的SiO2，17mol％到23mol％的B2O3，5mol％到17mol％的Na2O，以及3mol％到15mol％的Tl2O，然后該玻璃棒在如硝酸鉀的離子交換介質(zhì)中進(jìn)行處理，這樣在玻璃中的鉈離子和鈉離子與離子交換介質(zhì)中的鉀離子間進(jìn)行離子交換，并因此在玻璃棒中產(chǎn)生這樣一種折射率分布，其中折射率隨從玻璃棒的中心軸徑向向外而降低。
因?yàn)樘荻日凵渎拾魻钔哥R101的表面是扁平的，因此它可以容易地附加在光纖102的端部上，并且梯度折射率棒狀透鏡101的光軸和光纖102的光軸可以相互容易地對(duì)準(zhǔn)。
梯度折射率棒狀透鏡101連接在傳播激勵(lì)光和探測(cè)光的光纖102的一端；結(jié)果是，不需要在每次測(cè)量時(shí)，對(duì)激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸與梯度折射率棒狀透鏡101的光軸進(jìn)行調(diào)整，并且用于對(duì)準(zhǔn)光軸的夾持器和預(yù)定堅(jiān)固平臺(tái)也不是必需的，因此可以提高用戶的工作效率，并且使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
FC連接器103包括FC連接插頭106和107、適配器108，它可以使FC連接插頭106和107可以可拆裝地與其連接。FC連接插頭106和107中的每個(gè)都包括一個(gè)直徑為2.5mm的圓柱形壓圈，它可以使光纖102沿其中心軸連接，以及一個(gè)螺母，它可以同軸并旋轉(zhuǎn)地容納該壓圈。適配器108包括一個(gè)圓柱形凸緣和兩個(gè)圓柱形凸出部分，它們同軸并垂直地附加在凸緣相對(duì)的兩面。兩個(gè)圓柱形凸出部分的外緣形成有螺紋，它與FC連接插頭106和107的螺母相結(jié)合。此外，凸緣和兩個(gè)凸出部分形成有一個(gè)與凸緣同軸的通孔，用于在其中容納FC連接插頭106和107的壓圈。此外，F(xiàn)C連接插頭106和107和適配器108具有附加在其上的防旋轉(zhuǎn)裝置，用于在旋緊結(jié)合螺母時(shí)防止插入適配器108通孔中的壓圈旋轉(zhuǎn)。
FC插頭106和107的壓圈插入到適配器108的通孔中，并且FC連接插頭106和107的螺母擰在適配器108的螺紋上，由此FC連接插頭106和107旋緊在適配器108上，使得FC插頭106和107相對(duì)的兩端彼此接觸，以建立光纖102的連接。
如上所述，通過(guò)適配器108固定FC插頭106和107，甚至可以在振動(dòng)的環(huán)境下通過(guò)壓圈保持光纖的連接。此外，由于FC插頭106和107使用上述的螺母與適配器108連接，所以FC插頭106和107可以容易地固定在適配器108上，或從其上拆除。FC連接器103的耐用性可以保證達(dá)到1,000次的安裝或拆除。
由于在光纖102的中間設(shè)置了FC連接器103，造成通過(guò)光纖102傳播的激勵(lì)光和探測(cè)光的插入損耗量低至0.3dB，通過(guò)FC連接器103的方法，使得光纖102能夠幾乎沒(méi)有任何損失地傳播激勵(lì)光和探測(cè)光。
當(dāng)使用光熱轉(zhuǎn)換光譜分析法探測(cè)非常少量的液基樣品時(shí)，優(yōu)選的是使激勵(lì)光盡可能地變窄以增加其用于光熱轉(zhuǎn)換的能量，同時(shí)形成一個(gè)由激勵(lì)光產(chǎn)生的熱透鏡，使得該熱透鏡沒(méi)有像差。光纖102優(yōu)選以單模傳播激勵(lì)光和探測(cè)光。
由于光纖102采用單模，且從光纖102出射的光將始終具有高斯分布，因此激勵(lì)光焦點(diǎn)的尺寸將較小。此外，對(duì)于由激勵(lì)光產(chǎn)生的熱透鏡有較小尺寸的情況，為了使穿過(guò)熱透鏡的探測(cè)光量盡可能的高，優(yōu)選的是使探測(cè)光盡可能地變窄。從這個(gè)觀點(diǎn)看來(lái)，對(duì)于光纖102優(yōu)選的也是以單模傳播激勵(lì)光和探測(cè)光。
只要是可以傳輸激勵(lì)光和探測(cè)光，可以采用當(dāng)前任何型式的光纖作為光纖102。然而，對(duì)于采用多模光纖的情況，出射光將不具有高斯分布，并且出射光的形式將根據(jù)不同的條件改變，如光纖102彎曲的狀況，因此當(dāng)然不可能獲得穩(wěn)定的出射光。這樣，對(duì)極少量的液基樣品進(jìn)行測(cè)量將會(huì)較困難，此外測(cè)量值也可能不夠穩(wěn)定。因此，對(duì)于光纖102優(yōu)選的是如上所述的單模光纖。
如果光纖的前端(leading end)加工為球形等形狀以形成一個(gè)透鏡，那么將可以使激勵(lì)光和探測(cè)光變窄，而不需要在光纖的前端安裝分離的透鏡。然而，在這種情況中，幾乎沒(méi)有任何色差，因此激勵(lì)光和探測(cè)光的焦點(diǎn)位置幾乎彼此相同。這樣，存在一個(gè)問(wèn)題即幾乎探測(cè)不到熱透鏡信號(hào)。此外，對(duì)于通過(guò)加工光纖的前端形成的透鏡，像差將會(huì)較高，因此也將存在一個(gè)問(wèn)題是激勵(lì)光和探測(cè)光的焦點(diǎn)較大。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，因此就在光纖102的前端安裝了梯度折射率棒狀透鏡101。
光源單元110包括一個(gè)輸出激勵(lì)光的激勵(lì)光源111；一個(gè)調(diào)制器112，它與激勵(lì)光源111相連，并對(duì)從中輸出的激勵(lì)光進(jìn)行調(diào)制；一個(gè)探測(cè)光源，用于輸出探測(cè)光，以及一個(gè)雙波長(zhǎng)復(fù)用設(shè)備115，用于通過(guò)各自的光纖114與激勵(lì)光源111和探測(cè)光源113相連，同時(shí)與配備有透鏡的光纖100的光纖102連接在一起，用于復(fù)用從激勵(lì)光源111輸出的激勵(lì)光和從探測(cè)光源113輸出的探測(cè)光，以使激勵(lì)光和探測(cè)光的復(fù)用光能夠進(jìn)入光纖102中。
在光源單元110中，可以使用二向色鏡替代雙波長(zhǎng)復(fù)用設(shè)備115，以復(fù)用從激勵(lì)光源111輸出的激勵(lì)光和從探測(cè)光源113輸出的探測(cè)光，以使激勵(lì)光和探測(cè)光的復(fù)用光能夠進(jìn)入光纖102中。
探測(cè)器件130包括一個(gè)波長(zhǎng)濾波器131，它設(shè)置在面向形成有槽的板狀部件120的槽124、且與光纖100相對(duì)的位置上，用于分離復(fù)合的激勵(lì)光和探測(cè)光，并且有選擇地只允許探測(cè)光從中穿過(guò)；一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器132，它設(shè)置在波長(zhǎng)過(guò)濾器131下方且面向槽124的位置，用于探測(cè)探測(cè)光；以及一個(gè)通過(guò)鎖定放大器133與光電轉(zhuǎn)換器132相連的計(jì)算機(jī)134。
在探測(cè)器件130中，也可以在探測(cè)光光路中的光電轉(zhuǎn)換器132的上面的位置設(shè)置一個(gè)其上形成有針孔的預(yù)定部件，使得只有部分探測(cè)光可以有選擇地透射。
光電轉(zhuǎn)換器132獲得的信號(hào)被送到鎖定放大器133中，使其與對(duì)激勵(lì)光進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器112同步，然后由計(jì)算機(jī)134對(duì)其進(jìn)行分析。
根據(jù)圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置了配備有FC插頭106和107的FC連接器103，這些插頭可拆裝地附加在光纖102的中部，因此，通過(guò)將連接在一起的FC插頭106和107分離，能夠?qū)⑵渖瞎潭颂荻日凵渎拾魻钔哥R101的形成有槽的板狀部件120從微量化學(xué)系統(tǒng)10中拆除。結(jié)果是，對(duì)于形成有槽的板狀部件120的槽124內(nèi)部已經(jīng)污染、形成有槽的板狀部件120已經(jīng)破損、和梯度折射率棒狀透鏡101已經(jīng)破損的情況，只需要更換其上固定了梯度折射率棒狀透鏡101的形成有槽的板狀部件120，因此能盡可能地夠減小微量化學(xué)系統(tǒng)10的運(yùn)行成本，并通過(guò)抑制液基樣品的污染進(jìn)行精細(xì)和準(zhǔn)確的探測(cè)，這可以通過(guò)每當(dāng)用于探測(cè)的液基樣品改變時(shí)，更換其上固定了梯度折射率棒狀透鏡101的形成有槽的板狀部件120來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)，梯度折射率棒狀透鏡101固定在傳播激勵(lì)光和探測(cè)光的光纖102的前端，同時(shí)以面向槽124的方式，也固定在形成有槽的板狀部件120的表面上。結(jié)果是，不需要調(diào)整通過(guò)光纖102傳播的激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸和梯度折射率棒狀透鏡101的光軸，此外，也不需要調(diào)整梯度折射率棒狀透鏡101和槽124的位置。因此，可以無(wú)需預(yù)定夾持器和預(yù)定堅(jiān)固的平臺(tái)，它們用于對(duì)準(zhǔn)激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸與梯度折射率棒狀透鏡101的光軸，或確定梯度折射率棒狀透鏡101與槽124的相對(duì)位置，使得能夠改進(jìn)用戶的工作效率、減小微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸。
根據(jù)圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)，穿過(guò)梯度折射率棒狀透鏡101的激勵(lì)光的焦點(diǎn)必須在形成有槽的板狀部件120的槽204中，梯度折射率棒狀透鏡101固定在與其接觸的形成有槽的板狀部件120的上層玻璃襯底121上，使得從梯度折射率棒狀透鏡101出射的激勵(lì)光的焦距可以通過(guò)上層玻璃襯底121的厚度進(jìn)行調(diào)整。此外，對(duì)于上層玻璃襯底121的厚度不足的情況，可以在梯度折射率棒狀透鏡101和上層玻璃襯底121間插入間隔物，使梯度折射率棒狀透鏡101和上層玻璃襯底121通過(guò)插入其中的間隔物相互固定，由此調(diào)整焦距。對(duì)于以這種方式事先將激勵(lì)光的焦點(diǎn)位置固定在形成有槽的板狀部件120的槽124中的情況，后續(xù)對(duì)焦距的調(diào)整變得不必要了，因此也可減小微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸。
雖然在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，F(xiàn)C連接器103設(shè)置在光纖102的中間，但這并不是限制性的，可以使用D-4型連接器、ST型連接器、FDDI-MIC型連接器和ESCON型連接器替代FC連接器103。
圖2是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。
在圖2中，根據(jù)第二實(shí)施例的微量化學(xué)系統(tǒng)20基本上與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，同樣的元件由相同的參考標(biāo)記表示，并省略了對(duì)這些元件的完全相同的描述。以下將給出對(duì)不同元件的描述。
在圖2中，微量化學(xué)系統(tǒng)20與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的區(qū)別在于配備有止動(dòng)器的光纖200替代了配備有透鏡的光纖100，以及形成有槽的板狀部件210替代了形成有槽的板狀部件120。
該形成有槽的板狀部件210包括圖1中出現(xiàn)的形成有槽的板狀部件120，和一個(gè)具有與圖1中出現(xiàn)的梯度折射率棒狀透鏡101相同的形狀、尺寸和特性的梯度折射率棒狀透鏡211。梯度折射率棒狀透鏡211的出射端表面固定在上層玻璃襯底121與中間玻璃襯底122相對(duì)的表面，以使得從梯度折射率棒狀透鏡出射的激勵(lì)光和探測(cè)光垂直地入射到上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下層玻璃襯底123中的每一者，以便進(jìn)入槽124中。
配備有止動(dòng)器的光纖200包括一個(gè)與雙波長(zhǎng)復(fù)用設(shè)備115連接的光纖203，和一個(gè)通過(guò)壓圈202固定在光纖203前端的環(huán)形部件201(接合部分)，它用于將梯度折射率棒狀透鏡211裝配在其上。光纖203具有與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的光纖102相同的特性。
為了裝配到梯度折射率透鏡211上，制造環(huán)形部件201時(shí)，使其橫截面的內(nèi)直徑幾乎與梯度折射率棒狀透鏡211的橫截面直徑相同，由此，通過(guò)將梯度折射率棒狀透鏡211裝配在環(huán)形部件201上，能夠可拆裝地將梯度折射率棒狀透鏡211附加在其上。
根據(jù)圖2所示的微量化學(xué)系統(tǒng)20，通過(guò)將配備有止動(dòng)器的光纖200的環(huán)形部件201裝配到形成有槽的板狀部件210的梯度折射率棒狀透鏡211上，通過(guò)光纖203傳播的激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸與梯度折射率棒狀透鏡211的光軸彼此能夠精確地對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)圖2所示的微量化學(xué)系統(tǒng)20，配備有止動(dòng)器的光纖200的環(huán)形部件201可以可拆裝地裝配到形成有槽的板狀部件210的梯度折射率棒狀透鏡211上。因此，對(duì)于形成有槽的板狀部件210的槽124內(nèi)部已經(jīng)污染和形成有槽的板狀部件210已經(jīng)破損的情況，只需要更換其上固定了梯度折射率棒狀透鏡211的形成有槽的板狀部件210，此外能夠通過(guò)抑制液基樣品的污染進(jìn)行盡可能精細(xì)和準(zhǔn)確的探測(cè)，這可以通過(guò)每當(dāng)用于探測(cè)的液基樣品改變時(shí)，更換其上固定了梯度折射率棒狀透鏡211的形成有槽的板狀部件210來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)圖2所示的微量化學(xué)系統(tǒng)20，梯度折射率棒狀透鏡211以面向槽124的方式，固定在形成有槽的板狀部件210的上層玻璃襯底121的表面上。結(jié)果是，不需要調(diào)整梯度折射率棒狀透鏡211和槽124的位置，因此，可以不需要預(yù)定的夾持器和預(yù)定的堅(jiān)固平臺(tái)，它們用于確定梯度折射率棒狀透鏡211與槽124的相對(duì)位置，使得能夠改善用戶的工作效率并減小微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸。
圖3是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。
在圖3中，根據(jù)第三實(shí)施例的微量化學(xué)系統(tǒng)30基本上與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，同樣的元件是由相同的參考標(biāo)記表示，并省略了對(duì)這些元件完全相同的描述。以下將給出對(duì)不同元件的描述。
在圖3中，微量化學(xué)系統(tǒng)30與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的區(qū)別在于配備有止動(dòng)器的光纖300替代了配備有透鏡的光纖100，以及形成有槽的板狀部件310替代了形成有槽的板狀部件120。
形成有槽的板狀部件310包括圖1中出現(xiàn)的形成有槽的板狀部件120，一個(gè)具有與圖1中出現(xiàn)的梯度折射率棒狀透鏡101相同的形狀、尺寸和特性的梯度折射率棒狀透鏡311，和一個(gè)環(huán)形部件312(第三環(huán)形部件)。
梯度折射率棒狀透鏡311有一個(gè)出射表面，它固定在與中間玻璃襯底122相對(duì)的上層玻璃襯底121的表面，以使得從梯度折射率棒狀透鏡311出射的激勵(lì)光和探測(cè)光垂直地入射到上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下層玻璃襯底123中的每一者，以便進(jìn)入槽124中。
配備有止動(dòng)器的光纖300包括一個(gè)與雙波長(zhǎng)復(fù)用器115連接的光纖303，和一個(gè)通過(guò)壓圈302固定在光纖303前端的環(huán)形部件301(第一環(huán)形部件)，它用于將梯度折射率棒狀透鏡311裝配在其中，和一個(gè)裝配在環(huán)形部件301上的止動(dòng)器304(第二環(huán)形部件)。止動(dòng)器304包括一個(gè)固定在環(huán)形部件301上的擋圈304a，和一個(gè)與擋圈304a的邊緣形成為一體的環(huán)形部分304b。在環(huán)形部分304b的內(nèi)緣表面上，設(shè)置了唇形的環(huán)形突出部分305，它由如橡膠的彈性部件制成。
環(huán)形部件312以在其中容納梯度折射率棒狀透鏡311的方式固定在上層玻璃襯底121上，并在其外緣表面上形成有環(huán)形凹槽313，用于容納環(huán)形突出部分305。
環(huán)形部件301具有空心圓柱形的形狀，為了裝配到梯度折射率透鏡311上，制造環(huán)形部件301時(shí)，使其橫截面的內(nèi)直徑的尺寸幾乎與梯度折射率棒狀透鏡311的橫截面直徑相同，由此，通過(guò)將梯度折射率透鏡311裝配在環(huán)形部件301中，能夠可拆裝地將梯度折射率棒狀透鏡311附加在其上。
當(dāng)將環(huán)形部件301裝配到梯度折射率棒狀透鏡311上時(shí)，通過(guò)使止動(dòng)器304的環(huán)形突出部分305容納在環(huán)形部件312的環(huán)形凹槽313內(nèi)，以便通過(guò)環(huán)形突出部分305支撐地環(huán)繞環(huán)形凹槽313，從而使得配備有止動(dòng)器的光纖300可拆裝地與形成有槽的板狀部件310結(jié)合為一體。
根據(jù)圖3所示的微量化學(xué)系統(tǒng)30，當(dāng)環(huán)形部件301裝配在梯度折射率棒狀透鏡311上時(shí)，止動(dòng)器304裝配到環(huán)形部件312上，使得止動(dòng)器304的環(huán)形突出部分305容納在環(huán)形部件312的環(huán)形凹槽313內(nèi)，以便支撐地環(huán)繞環(huán)形凹槽313。因此，只要通過(guò)將配備有止動(dòng)器的光纖300的環(huán)形部件301裝配到形成有槽的板狀部件310的梯度折射率棒狀透鏡311上，就能夠精密地將通過(guò)光纖303傳播的激勵(lì)光和探測(cè)光的光軸與梯度折射率棒狀透鏡311的光軸對(duì)準(zhǔn)，并在精密測(cè)量中穩(wěn)定地保持這些光軸的位置。
根據(jù)圖3所示的微量化學(xué)系統(tǒng)30，光纖300的環(huán)形部件301能夠可拆裝地裝配到形成有槽的板狀部件310的梯度折射率棒狀透鏡311上。因此，對(duì)于形成有槽的板狀部件310的槽124內(nèi)部已經(jīng)污染和形成有槽的板狀部件310已經(jīng)破損的情況，只需要更換其上固定了梯度折射率棒狀透鏡311的形成有槽的板狀部件310，此外能夠通過(guò)抑制液基樣品的污染進(jìn)行盡可能精細(xì)和準(zhǔn)確的探測(cè)，這可以通過(guò)每當(dāng)液基樣品改變時(shí)，更換其上固定了梯度折射率棒狀透鏡311的形成有槽的板狀部件310來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)圖3所示的微量化學(xué)系統(tǒng)30，梯度折射率棒狀透鏡311以面向槽124的方式，固定在形成有槽的板狀部件310的上層玻璃襯底121的表面上。結(jié)果是，不需要調(diào)整梯度折射率棒狀透鏡311和槽124的位置，因此，可以無(wú)需預(yù)定的夾持器和預(yù)定的堅(jiān)固平臺(tái)，它們用于確定梯度折射率棒狀透鏡311與槽124的相對(duì)位置，使得能夠改善用戶的工作效率并減小微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸。
在圖3所示的微量化學(xué)系統(tǒng)30中，止動(dòng)器304和環(huán)形部件312并不局限于上述的形狀。
圖4是示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例微量化學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的視圖。
在圖4中，根據(jù)第四實(shí)施例的微量化學(xué)系統(tǒng)40基本上與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10具有相同的結(jié)構(gòu)。因此，同樣的元件由相同的參考標(biāo)記表示，并省略了對(duì)這些元件完全相同的描述。以下將給出對(duì)不同元件的描述。
在圖4中，微量化學(xué)系統(tǒng)40與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的區(qū)別在于配備有止動(dòng)器的光纖400替代了配備有透鏡的光纖100，形成有槽的板狀部件410替代了形成有槽的板狀部件120，以及探測(cè)器420替代了探測(cè)器件130。
該形成有槽的板狀部件410包括圖1中出現(xiàn)的形成有槽的板狀部件120，一個(gè)具有與圖1中出現(xiàn)的梯度折射率棒狀透鏡101相同的形狀、尺寸和特性的梯度折射率棒狀透鏡411，和兩個(gè)銷412。
梯度折射率棒狀透鏡411的出射端表面固定在上層玻璃襯底121與中間玻璃襯底122的相對(duì)表面121a上，使得從梯度折射率棒狀透鏡411出射的激勵(lì)光和探測(cè)光垂直地入射到上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下層玻璃襯底123中的每一者，以便進(jìn)入槽124中。
探測(cè)器420置于形成有槽的板狀部件410的下方，它包括一個(gè)與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的波長(zhǎng)濾波器131相同的波長(zhǎng)濾波器421，一個(gè)與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的光電轉(zhuǎn)換器132相同的光電轉(zhuǎn)換器422，和一個(gè)與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的計(jì)算機(jī)134相同的計(jì)算機(jī)424，該計(jì)算機(jī)通過(guò)與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的鎖定放大器133相同的鎖定放大器423與光電轉(zhuǎn)換器422相連。
在面向形成有槽的板狀襯底410的槽124的位置上，波長(zhǎng)濾波器421的一個(gè)表面貼在下層玻璃襯底123的表面上，且在面向槽124的位置上，光電轉(zhuǎn)換器422的一個(gè)表面貼在波長(zhǎng)濾波器421的另一個(gè)表面上。
在對(duì)于梯度折射率棒狀透鏡411對(duì)稱的位置豎立有銷412。
配備有止動(dòng)器的光纖400包括一個(gè)與雙波長(zhǎng)復(fù)用設(shè)備115連接的光纖405，和一個(gè)固定在光纖405前端的止動(dòng)器401(環(huán)形部件)。止動(dòng)器401包括一個(gè)固定在光纖405上的擋圈401a，和與一個(gè)擋圈401a的邊緣形成一體的環(huán)形部分401b。環(huán)形部分401b在其與上層玻璃襯底121對(duì)面的表面上形成了兩個(gè)孔402，用于在其中容納兩個(gè)銷412。此外，環(huán)形部分401b在其外緣表面上有通孔403，并使通孔403向止動(dòng)器401的縱向中心軸垂直地延伸到各個(gè)孔402?？梢匝b配在通孔403中的止動(dòng)銷(check pin)404可拆裝地附加在其上。光纖405具有與圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10的光纖102相同的特性。
在配備有止動(dòng)器的光纖400和形成有槽的板狀部件410中，銷412容納在止動(dòng)器401的孔402中，由此止動(dòng)器401和形成有槽的板狀部件410一體地彼此連接在一起，以便連接光纖405和梯度折射率棒狀透鏡411，并使它們的光軸彼此對(duì)準(zhǔn)。此外，當(dāng)這樣將止動(dòng)器401和形成有槽的板狀部件410彼此連接為一體，通過(guò)將止動(dòng)銷404裝配到止動(dòng)器401環(huán)形部分401b外緣表面上的通孔403中，銷412可以固定在孔402上。止動(dòng)器401和形成有槽的板狀部件410可以這樣一體地彼此固定在一起，并使止動(dòng)器401和形成有槽的板狀部件410不會(huì)彼此分離，除非是有意拆開(kāi)。
通過(guò)在止動(dòng)器401上形成通孔402及銷412，并使它們盡可能具有相同的直徑，光纖405的光軸和梯度折射率棒狀透鏡411的光軸能夠彼此更精確地對(duì)準(zhǔn)。此外，通過(guò)增加孔402和與其對(duì)應(yīng)的銷412的數(shù)量，它們也能夠彼此更精確地對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)圖4所示的微量化學(xué)系統(tǒng)40，這里沒(méi)有使用任何與梯度折射率棒狀透鏡411直接接觸的元件，以致使梯度折射率棒狀透鏡411出現(xiàn)裂紋和碎裂的可能性較小，因此防止梯度折射率棒狀透鏡411的特性受到裂紋和碎裂的影響。結(jié)果是，能夠增加其上固定了梯度折射率棒狀透鏡411的形成有槽的板狀部件410的使用次數(shù)，且這也能夠降低微化學(xué)系統(tǒng)40的運(yùn)行成本，并提高進(jìn)行精確分析的復(fù)現(xiàn)性。
根據(jù)圖4所示的微量化學(xué)系統(tǒng)40，探測(cè)器420的光電轉(zhuǎn)換器422固定在形成有槽的板狀部件410上。結(jié)果是，不需要在每次進(jìn)行探測(cè)時(shí)調(diào)整光電轉(zhuǎn)換器422的位置，因此，提高了用戶的工作效率。由于可以省去用于調(diào)整位置的預(yù)定夾持器，因此可以減小微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸。此外，由于在每次進(jìn)行探測(cè)時(shí)光電轉(zhuǎn)換器422的位置不改變，因此可以提高進(jìn)行精確分析的復(fù)現(xiàn)性。
圖4所示的微量化學(xué)系統(tǒng)40中使用的止動(dòng)器401、孔402和銷412并不局限于上述的形狀。
雖然圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10、圖2所示的微量化學(xué)系統(tǒng)20和圖3所示的微量化學(xué)系統(tǒng)30中使用的波長(zhǎng)濾波器131和光電轉(zhuǎn)換器132沒(méi)有固定在各自的形成有槽的板狀部件120、210和310的下層玻璃襯底123上，但并非局限于此，它們也可以固定在各自的形成有槽的板狀部件120、210和310的下層玻璃襯底123上。
雖然圖1所示的微量化學(xué)系統(tǒng)10中的形成有槽的板狀部件120、圖2所示的微量化學(xué)系統(tǒng)20中的形成有槽的板狀部件210、圖3所示的微量化學(xué)系統(tǒng)30中的形成有槽的板狀部件310和圖4所示的微量化學(xué)系統(tǒng)40中的形成有槽的板狀部件410的上層玻璃襯底121、中間玻璃襯底122和下部玻璃襯底123由玻璃制成，但是本發(fā)明并不局限于這些特定例子。
工業(yè)應(yīng)用如上述詳細(xì)所述，根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，光纖可以通過(guò)接合部分可拆裝地連接。因此，對(duì)于溝槽已經(jīng)污染、形成有槽的板狀部件已經(jīng)破損、及光纖已經(jīng)破損的情況，只需通過(guò)更換其上固定了會(huì)聚透鏡的形成有槽的板狀部件，就可以通過(guò)抑制液基樣品的污染進(jìn)行精細(xì)和準(zhǔn)確的探測(cè)，并降低微化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分是一個(gè)設(shè)置在光纖中間的連接器。結(jié)果是，激勵(lì)光源和探測(cè)光源可以容易地連接到會(huì)聚透鏡并從其上拆除。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分是一個(gè)設(shè)置在光纖的中間的FC連接器。結(jié)果是，激勵(lì)光源和探測(cè)光源可以容易地連接到會(huì)聚透鏡并從其上拆除。此外，可以使連接較牢固，因此通過(guò)光纖傳播的激勵(lì)光和探測(cè)光的能量損失較小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分設(shè)置在光纖面對(duì)會(huì)聚透鏡的端面，光纖通過(guò)它與會(huì)聚透鏡相連。結(jié)果是，可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，可以可拆裝地將接合部分附加在會(huì)聚透鏡上。結(jié)果是，可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分包括一個(gè)裝配到會(huì)聚透鏡上的環(huán)形部件。結(jié)果是，可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，可以可拆裝地將接合部分附加在形成有槽的板狀部件上。結(jié)果是，可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分構(gòu)造成可以使第一環(huán)形部件裝配到會(huì)聚透鏡上；而使第二環(huán)形部件能夠以同軸地容納第一環(huán)形部件在其中的方式固定在第一環(huán)狀部件上，在它的內(nèi)緣表面上形成有環(huán)形突出部分，用于裝配到第三環(huán)形部件外緣表面上形成的環(huán)形凹槽中，而第三環(huán)形部件以同軸地容納會(huì)聚透鏡在其中的方式固定在形成有槽的板狀部件上。結(jié)果是，也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可以使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分構(gòu)造成使得環(huán)形部件在其對(duì)著形成有槽的板狀部件的端面上形成有孔，用于容納豎立在對(duì)于會(huì)聚透鏡對(duì)稱位置的銷。結(jié)果是，也可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可以使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，接合部分能夠以會(huì)聚透鏡光軸和光纖光軸彼此同軸的方式實(shí)現(xiàn)激勵(lì)光源和探測(cè)光源與會(huì)聚透鏡的連接。結(jié)果是，不需要用于對(duì)準(zhǔn)激勵(lì)光和探測(cè)光光軸的夾持器，可以使接合部分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，由此也可以使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，激勵(lì)光與探測(cè)光的頻率不同，且會(huì)聚透鏡具有色差。結(jié)果是，無(wú)需使用外部光學(xué)系統(tǒng)，激勵(lì)光和探測(cè)光的焦點(diǎn)位置就可以彼此偏離，由此也可以使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，會(huì)聚透鏡具有色差。結(jié)果是，無(wú)需使用外部光學(xué)系統(tǒng)，激勵(lì)光和探測(cè)光的焦點(diǎn)位置就可以彼此偏離。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，會(huì)聚透鏡是一個(gè)梯度折射率透鏡，結(jié)果是，可以使會(huì)聚透鏡的尺寸更小，由此也可以使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，梯度折射率透鏡是一個(gè)具有圓柱形狀的棒狀透鏡。結(jié)果是，可以容易地夾持梯度折射率透鏡，且光纖和梯度折射率透鏡的光軸彼此可以容易地對(duì)準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，形成有槽的板狀部件由玻璃制成。結(jié)果是，形成有槽的板狀部件具有高的抗化學(xué)藥品性，由此提高了微量化學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)準(zhǔn)確度。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，光纖以單模傳播激勵(lì)光和探測(cè)光。結(jié)果是，可以使由激勵(lì)光形成的熱透鏡的尺寸更小，且沒(méi)有像差，因此可以進(jìn)行更精確的探測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的微量化學(xué)系統(tǒng)，探測(cè)裝置固定在形成有槽的板狀部件表面、面向形成有槽的板狀部件的槽的位置，并與其上固定的會(huì)聚透鏡相對(duì)。結(jié)果是，不需要調(diào)整會(huì)聚透鏡和探測(cè)裝置的位置，另外，由于不需要用于調(diào)整的夾持器，因此也可以使微量化學(xué)系統(tǒng)的尺寸更小，此外，每次進(jìn)行樣品分析的時(shí)候，都能夠更可靠地進(jìn)行會(huì)聚透鏡和與探測(cè)裝置相對(duì)溝槽的定位，由此提升微量化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行探測(cè)的復(fù)現(xiàn)性，提高了其精度。
權(quán)利要求
1.一種微量化學(xué)系統(tǒng)包括形成有槽的板狀部件，其上配備有用于容納樣品的槽；激勵(lì)光源，它通過(guò)會(huì)聚透鏡將激勵(lì)光照射在該樣品上；探測(cè)光源，它通過(guò)該會(huì)聚透鏡將探測(cè)光照射在熱透鏡上，其中該熱透鏡由該照射的激勵(lì)光在樣品中形成；以及探測(cè)裝置，它通過(guò)形成的該熱透鏡探測(cè)所照射的探測(cè)光，其中，該激勵(lì)光源和該探測(cè)光源通過(guò)光纖與該會(huì)聚透鏡相連，該光纖用于將該激勵(lì)光和該探測(cè)光傳播到該會(huì)聚透鏡，其特征在于該會(huì)聚透鏡固定在該形成有槽的板狀部件上，且該光纖具有可以將該激勵(lì)光源和該探測(cè)光源與該會(huì)聚透鏡分離的接合部分。
2.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分是設(shè)置在該光纖中的連接器。
3.如權(quán)利要求2中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分是FC連接器。
4.如權(quán)利要求2中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分設(shè)置在該光纖的一端，該光纖通過(guò)該端與該會(huì)聚透鏡相連。
5.如權(quán)利要求4中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分能夠可拆裝地附加在該會(huì)聚透鏡上。
6.如權(quán)利要求5中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分包括可以裝配到該會(huì)聚透鏡上的環(huán)形部件。
7.如權(quán)利要求4中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分能夠可拆裝地附加在該形成有槽的板狀部件上。
8.如權(quán)利要求7中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分包括可以裝配到該會(huì)聚透鏡上的第一環(huán)形部件；可以以同軸地容納所述第一環(huán)形部件在其中的方式固定在所述第一環(huán)狀部件上的第二環(huán)形部件，且它的內(nèi)緣表面上形成有環(huán)形突出部分；以及可以以同軸地容納該會(huì)聚透鏡在其中的方式固定在該形成有槽的板狀部件上的第三環(huán)形部件，且它的外緣表面上形成有環(huán)形凹槽，用于容納所述環(huán)形突出部分。
9.如權(quán)利要求7中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分包括豎立在相對(duì)于該會(huì)聚透鏡對(duì)稱位置的多個(gè)銷，以及同軸地固定在該光纖上并且在與該形成有槽的板狀部件相對(duì)的端面形成有多個(gè)孔的環(huán)形部件。
10.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中所述接合部分能夠以使得該會(huì)聚透鏡的光軸和該光纖的光軸彼此同軸的方式，實(shí)現(xiàn)該激勵(lì)光源和該探測(cè)光源與該會(huì)聚透鏡之間的連接。
11.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該激勵(lì)光與該探測(cè)光的頻率不同。
12.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該會(huì)聚透鏡具有色差。
13.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該會(huì)聚透鏡是梯度折射率透鏡。
14.如權(quán)利要求13中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該梯度折射率透鏡是具有圓柱形狀的棒狀透鏡。
15.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該形成有槽的板狀部件由玻璃制成。
16.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該光纖以單模將該激勵(lì)光和該探測(cè)光傳播到該會(huì)聚透鏡。
17.如權(quán)利要求1中的微量化學(xué)系統(tǒng)，其中該探測(cè)裝置固定在該形成有槽的板狀部件上與固定其上的該會(huì)聚透鏡相對(duì)的表面，位于面向該形成有槽的板狀部件的槽的位置。
全文摘要
這里提出了一種微量化學(xué)系統(tǒng)，它無(wú)需對(duì)準(zhǔn)光軸和定位探測(cè)光及激勵(lì)光的焦點(diǎn)，且能夠高靈敏度地進(jìn)行測(cè)量。該微量化學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)容納樣品的形成有槽的板狀部件，一個(gè)激勵(lì)光源，它通過(guò)會(huì)聚透鏡將激勵(lì)光照射在樣品上；一個(gè)探測(cè)光源，它通過(guò)會(huì)聚透鏡將探測(cè)光照射在熱透鏡上，該熱透鏡由照射的激勵(lì)光在樣品上形成；以及一個(gè)通過(guò)形成的熱透鏡探測(cè)被照射的探測(cè)光的探測(cè)裝置。激勵(lì)光源和探測(cè)光源通過(guò)光纖與會(huì)聚透鏡相連，該光纖用于將激勵(lì)光和探測(cè)光傳播到會(huì)聚透鏡。會(huì)聚透鏡固定在形成有槽的板狀部件上，且光纖具有一個(gè)可以將激勵(lì)光源和探測(cè)光源與會(huì)聚透鏡分離的接合部分。
文檔編號(hào)B01L3/00GK1703626SQ0382544
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者山口淳, 服部明彥 申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社