深背景高陡度荧光滤光片

　　1　引　言

　　荧光滤光片是应用于生物医学和生命科学仪器的关键元件,主要作用是在生物医学荧光检验分析系统中分离和选择物质的激发光与发射荧光的特征波段光谱。通常要求滤光片背景深度在OD6(optical density,光密度,OD=-lgT)以上。近年来荧光探针技术、偏振荧光检测技术、多光子荧光检测技术、基因扩增荧光定量检测等生物医学检测技术不断涌现,对荧光滤光片的陡度、背景深度提出了更高的要求[1~3]。

　　文中介绍深背景(OD7~OD8以上)、高陡度(OD0.3~OD5波长间隔≤10nm)、无波长漂移(漂移量小于1nm)的高性能荧光滤光片的设计和镀制工艺。

　　2　荧光检测系统概述及其对滤光片的要求

　　荧光检测系统通常由激发滤光片、发射滤光片、分色滤光片三种配套使用;有的荧光检测系统只包括激发滤光片、发射滤光片两种。其光路结构如图1所示。

　　荧光试剂受激发射荧光的持续时间只有10-7~10-9s;发射荧光的能量(荧光亮度)相当于激发光能量的千分之一到万分之一的量级,相对于激发光,荧光非常微弱,两者共存于测试样品中;并且荧光激发光谱与发射光谱波长间隔很小(30nm左右),如图2所示。要检测到荧光,需要将激发光与发射荧光在光谱中相互深度隔离。隔离度达到10-4以上,才能检测到样品发射的荧光。为提高荧光检测准确度,需要将隔离度提高到10-6以上。而且隔离度越高,微量荧光的探测能力越强,检测精度越高。

　　因此应用于荧光检测系统的滤光片的核心要求就是高截止陡度、高透过率、高定位精度、高的邻域背景截止度以及优良的环境稳定性。

　　3　荧光滤光片研制开发

　　3.1　设计

　　3.1.1　光谱结构设计

　　在荧光检测系统中,不仅荧光试剂有荧光效应,其他任何物质都有荧光效应,包括制造荧光滤光片用的玻璃基片,所不同的是荧光效应的强弱程度。因此在光谱结构设计时需要用低荧光效应玻璃做镀膜基片,不能选用自发荧光较强的颜色玻璃。这就要求在光电探测器的光谱响应范围内全部用截止膜实现背景的深度截止。需要镀膜次数多,产品厚度也比较厚。通过光谱结构的优化设计可减少镀膜次数、降低产品厚度。

　　3.1.2　膜系设计

　　根据不同的荧光应用系统的要求,荧光滤光片的半带宽为15~40nm。除了采用标准的7~9腔带通膜系[4],还研究发展了单侧陡度极高的非对称型(HBβ)带通膜系,OD0.3~OD5的波长间隔小于10nm,提高激发和发射滤光片光谱隔离度,邻域背景达到OD7~OD8以上。设计曲线如图3。图4为组合设计曲线。

　　3.2　制造工艺及膜层散射的影响