采用普通荧光灯激发荧光染料

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荧光图像采集系统的构成如图 1 所示.
采集卡相连. 在计算机上安装图像采集卡的驱动 程序及图像采集程序( 由图像采集卡的生产厂家 提供) . 自制塑料荧光滤光片剪成合适大小直接放 在 CCD 摄像机和显微镜的接口之间. 1 3 实验方法
实验开始前接通荧光灯及 CCD 摄像机电源, 运行图像采集程序, 图像采集程序设为实时显示 状态; 在微流控芯片的通道中充满荧光染料溶液, 将芯片置于 X- Y 二维操作平台上, 调整 X- Y 平台, 同时观察显示器屏幕, 使被测区域处于视场 中, 调整显微镜焦距使通道的边沿达到最清晰后, 开始采集荧光染料的荧光强度图像, 并将其保存 到计算机硬盘中.
图 4 2 h 内荧光灯的强度变化
2 4 以荧光灯作为激发光源的荧光强度图像 三基色 荧光 灯经 滤光 后 得到 550 nm 光谱
带, 以此来激 发罗丹明 B 溶 液和荧光 微粒. 0 4 mmol/ L 的罗丹明 B 水溶 液充满宽度为 102 m 的自制玻璃微流控芯片通 道, 经 550 nm 光谱激 发后由 CCD 采集荧光图像, 结果如图 5( a) 所示, 可以看出, 由普通荧光灯所激发出的荧光强度足 够强, 同背景相比, 其间存在明显的差异. 图 5( b) 所示为粒径 1 0 m 荧光微粒的荧光图 像. 荧光 微粒水溶液注入宽度为 500 m 的玻璃微流控芯 片通道内, 并在注射器的推动下连续流动. 以三基 色荧光灯的 550 nm 光 谱激发此荧光 微粒溶液, 经 CCD 摄像机连续采集荧光图像, 可以明显地看 到荧光微粒溶液在通道内流动的状况. 图 5( b) 所 示通道内絮状白点即为荧光微粒, 通道外的气泡 是玻璃微芯片封接过程中所产生的缺陷, 缺陷位 置不影响芯片的正常使用. 此荧光激发装置和荧 光微粒可用于微流体示踪.
20 08 年5 月 第24卷 第 3 期
沈 阳 建 筑 大 学 学 报( 自 然 科 学 版 ) Journal of Shenyang Jianzhu U niversity ( N atural Science)
文章编号: 1671- 2021( 2008) 03- 0512- 04
M ay 2 00 8 V ol 24, No 3
1实验
1 1 仪器和试剂 仪器: CCD 摄像机, 黑白, 1/ 2 英寸, 768 576
像元 面阵, 采集 速 率为 25 f/ s, MT V- 12V1CEX, ( 敏通公 司) ; 黑白 图像 采集 卡, M 10M 型, 8 位, ( 嘉恒中自图像技术有限公司) ; 普通三基色节 能荧光 灯, 三基 色谱 带 的中 心波 长分 别为 423 nm, 550 nm 和 623 nm, ( 功 率为 18 W, 3U 型, Philips 上海公司) ; 显微镜支架, 镜臂带调焦滑轮,
值, 2 h 内荧光灯强度最大值为 183( 灰度值) , 最 小为 177, 平均值 为 180 3, 标准偏差为 1 32, 相 对标准偏差 0 7% , 2 h 内波动小于 1 83% .
图 3 三基色荧光灯 滤光后光谱
2 3 荧光灯的光强度稳定性 为了了解荧光灯光强度的稳定性情况, 对荧
光灯光强度的噪声及漂移进行了测试. 测试时用 荧光灯照射一暗灰色玻璃, 用 CCD 摄像机采集荧 光灯照射的玻璃平面图像, 在图像上任意选取一 点作为测试点, CCD 摄像机采集荧光灯接通电源 后 1 m in、3 min、10 min、20 min 和 30 min 时的图 像, 每次连续采集图像 100 幅( 每隔 0 2 s 采集 1 幅图像, 持续时间为 20 s) , 在每幅图像的测试点 处共取 9 个像素点( 空间尺寸为 55 m 55 m) 的值进行平均来作为这一测 试点的值, 100 幅图 像中测试点灰度级的变化认为是由光源波动引起 的, 即 20 s 时间内荧光灯光强度 的波动, 实验结 果如表 1 所示, 可以看出, 荧光灯接通电源 1 m in 后的光强度就已经比较稳定了.
关键词: 三基色荧光灯; 激发荧光; 罗丹明 B; 荧光微粒; 荧光染料
中图分类号: O433 2
文献标识码: A
荧光染料作为一种指示剂在生物医学[ 1- 2] 、 微流体力学[ 3- 5] 等领域中应用极其广泛. 荧光染 料分子在一定的激发光照射下可以发射出比激发 光波长更长的荧光[ 6] , 从而可以反映出所指示物 质的状态、运动速度、运动轨迹、温度等信息, 这对 实验结果的获取、预测、实验条件的优化等具有重
成 放电 管 中 电 子 、原 子 和 离 子 间的 碰 撞 而 发 光[ 7] , 因而汞灯电源的温度很高, 对实验环境的 温度影响较大. 另外, 人们也在探索用半导体发光 二极 管 来 激 发 荧 光, 并 且 已 取 得 了 一 定 的 成 果[ 8] , 但是发光二极管的发光强度较弱, 因而在 多数情况下仍难以满足需求. 笔者初步探讨了利 用普通的家用三基色节能荧光灯激发荧光染料的 可行性, 讨论了荧光灯的光谱特性及光强度的稳 定性, 以及在一定实验条件下激发罗丹明 B 荧光 染料及荧光微珠的荧光图像.
500 m . 试剂和溶液配置: 罗 丹明 B 荧 光染料( 分析
纯, 北京化工厂, 北京) , 激发光谱带的中心波长为 550 nm, 配置成 0 4 m mol/ L 的水溶液使用; 1 0 m 粒径的荧光微粒( M olecular Probes 公司, OR, 美国) , 激发光波长的峰值 abs = 540 nm, 发射荧 光波长的峰值 emit = 560 nm, 实验时将其用纯水 稀释至 1/ 20 后使用; 实验用水均为 18 M 高纯 水. 1 2 荧光图像采集系统构成
要的实际意义. 常用来激发荧光染料的激发光源为激光器和
高压汞灯. 激光器具有较好的单色性和稳定性, 且 强度高, 包括从紫外光到红外光各种波长型号. 但 普通的激光器光斑较小, 一般直径约为几十 m, 要激发直径 mm 级或更大区域的荧光, 则需要加 入散射装置来扩大照射面积, 使系统的结构变得 复杂. 另外激光器价格较高, 尤其是波长较短、功 率较大的激光器. 高压汞灯可以辐射 404 7 nm、 435 8 nm 、546 1 nm 和 577 0~ 579 0 nm 的可见 谱线以及 365 0 nm 的长波紫外线, 而且光强度 大, 适用范围宽, 因而在荧光实验中应用很普遍. 但它发光的原理是较大的放电电流产生热量使电 弧管内汞蒸气升压, 电弧收缩并产生电离激发, 形
Hale Waihona Puke Baidu
图 2 三基色荧光灯发射光谱
2 2 滤光后的荧光灯光谱特性 荧光灯是一种冷光源, 它本身不发热, 因而可
以使用自制的塑料宽 带滤光片滤掉 不需要的谱 带, 而保留所需要的光谱. 制作塑料滤光片比较简 单, 根据所要保留的光谱颜色选择相应的彩色墨 水均匀地涂于打印胶片上, 即可得到所需滤光片.
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采用普通荧光灯激发荧光染料
戴 敬, 迟 峰, 马 斌, 张 辉, 范 红
( 沈阳建筑大学信息与控制工程学院, 辽宁 沈阳 110168)
摘 要: 目的 研究普通三基色荧光灯光谱特性, 并以此激发用于生化分析及微流体示踪中的 荧光染料. 方法 分析了普通家用三基色节能荧光灯的光谱图, 并用自制塑料滤光片滤光后获 取其中的一个谱带, 作为荧光染料的激发光源, 用来激发罗丹明 B 染料和荧光微粒. 结果 普通 家用三基色节能荧光灯的发射光谱中包含 423 nm 、550 nm 和 623 nm 3 个谱带; 滤光后得到 550 nm 光谱, 经 CCD 摄像机测试, 此光谱强度 2 h 内波动小于 1 83% , 具有较好的光强度稳 定性; 此光谱激发罗丹明 B 染料和荧光微粒, 实验证明可以得到较强的荧光图像. 结论 普通 三基色荧光灯热辐射小, 价格便宜, 对实验环境的周围温度影响小, 可用于荧光检测和微流体 示踪实验中.
图 5 荧光灯激发荧光染料的荧光图像
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3结论
实验中首次使用了普通的家用三基色荧光灯 来激发荧光染料, 并得到了较强的荧光图像. 以此 作为激发光源, 价格低廉, 容易得到, 且具有使用 寿命长、光效率高的优点. 其热辐射非常小, 对实 验系统的环境温度几乎不会产生任何影响, 因此 可尝试用于激发罗丹明 B 染料进行流体温度测 量[ 9- 11] . 此外, 三基色荧光 灯的三个谱带, 除了 550 nm 谱带可用外, 还可根据需要通过适当的滤 光得到红、蓝两个谱带. 若对此进一步深入研究, 则可望得到更多的应用.
2 实验结果与分析
2 1 普通三基色荧光灯的光谱特性 实验中使用目前家庭中应用最广泛的电子节
能荧光灯作为激发光源, 该灯为三基色节能荧光 灯, 即荧光灯采用稀土三基色荧光粉涂覆, 其发光 效率高, 热稳定性好, 抗光衰, 寿命长, 所发射出的 光谱是非连续的, 有 3 个主要谱带, 图 2 所示为实 验中使用的三基色节能 荧光灯的发射 光谱图, 3 个谱带的中心波长分别为 423 nm, 550 nm 和 623 nm. 可以采用滤波的方式获取其中的一个谱带作 为荧光染料的激发光源, 实验中所使用的罗丹明 B 染料和荧光微粒的激发光都在 550 nm 左右, 通 过滤波后保留此谱带.
表 1 荧光灯光强度短期 稳定性测试结果
接通电源后时间/ min 1 3 10 20 30
20 s 时间内光强度波动/ % 20 16 18 17 18
图 4 所示为荧光灯接通电源 10 m in 后 2 h 内 测试点光强度的变化曲线. 2 h 内每间隔 1 m in 采 集一次图像, 每个测试值仍为 9 个像素点的平均
收稿日期: 2007- 06- 10 基金项目: 国家自然科学基金项目( 20527003) 作者简介: 戴敬( 1968 ) , 女, 副教授, 博士, 主要从事微型化分析仪器检测与控制、射频领域信号检测与处理研究.
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镜头焦距可调( 18~ 108 mm ) , ( Cole- Parm er 公 司 49900- 30 型显微成像系统组件, CA, 美国) ; 组合 X- Y 二维移动平台( 卓立汉光公司) ; 自制 塑料滤光片组, 其中激发光滤光片为带通滤光片, 470~ 570 nm 通过, 中心波长 547 nm, 发射光滤 光片为截止滤光片, 大于 576 nm 通过; 自制的玻 璃微流控芯片, 芯片通道 宽度分别为 102 m 和
图 1 实验系统 装置图
实验时为了获得较大的视场, 采用焦距可调、 具有 CCD 摄像机接口的体式显微镜支架直接同 CCD 摄像机相连, 在显微镜支架的底座上固定好 组合二维移动平台, 用来放置微流控芯片及调整 芯片位置. 为了使采集的荧光强度图像具有均匀 的背景, 在组合平台上粘一片颜色均匀的黑色塑 料胶片. 三基色节能荧光灯直接安装在具有筒状 灯罩的灯座上, 在灯罩的前端用双面胶固定好滤 光片. 将灯座固定在显微镜的镜臂上, 以保证激发 光源位置稳定. 图像采集卡直接插在计算机主板 的 PCI 插槽上, CCD 摄像机经同轴电缆线同图像
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如果所得到的滤光片滤光效果与期望值存在一定 的偏差, 可以将两种彩色墨水按一定比例调和后 涂覆于打印胶片上, 调整彩色墨水的混合比例来 改变滤光片的滤光效果, 最终达到与期望值一致. 实验中用自制的宽带 滤光片将三基 色荧光灯的 423 nm 和 623 nm 谱线大部分滤掉, 得到如图 3 所示的激发光谱.
( 致谢: 本实验是在东北大学分析科学研究中 心进行的, 对研究中心的各位老师及同学的热心 帮助和讨论表示衷心地感谢. )
参考文献:
[ 1 ] 杨祥宇, 宋 健, 冯 荣秀. 荧 光 标记 染料 [ J] . 化 学 通 报, 2003( 9) : 615- 621.
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