用于苯丙氨酸浓度检测的光学系统设计

　　苯丙酮尿症(PKU)是一种先天性的苯丙氨酸代谢紊乱性疾病，患儿体内缺乏将苯丙氨酸转化为酪氨酸的苯丙氨酸羟化酶，人体代谢形成苯丙氨酸及其 衍生物，在体内蓄积导致对新生儿大脑组织的损伤，若不及时诊断治疗将导致患儿不可逆性的智力障碍[1~2]。对于新生儿血样中苯丙氨酸的检测，现在国内使 用的基本为芬兰的 W allac 和 Labsystem s公司的多功能荧光检测仪器，但其价格昂贵，存在光路复杂、体积大、成本高以及没有专门的 PKU 检测功能等缺点。基于此，我们设计出了一种新型荧光检测系统。

　　1 传统荧光光学检测系统结构

　　传统的荧光检测光学系统组成[3]如图 1 所示。1 为碘钨灯光源产生高亮度白光;2 为滤光片滤出 390nm 有效激发光;3为光源工作检测器;4 为被检测的样品;5 为聚光镜;8 为半透半反镜;以实现入射激发光与输出检测荧光的有效分离;6 为输出荧光滤光片滤出 485nm 特征荧光;7 为光电倍增管实现光电转换。

　　传统的荧光检测多采用碘钨灯做激发光光源，加上复杂的单色器、半透半反镜等复杂的光学系统，存在体形笨重、结构复杂、功耗大、成本高以及对环境 要求高等缺点，这对只要求单一特定波长激发光应用场合很不适用。尤其是对于高价检测试剂的依赖，提高了检测成本，加之这些仪器均不是专用 PKU 检测仪器，有些功能无用，不适合中国国情，不利于 PKU 筛查在我国的普及。另外，仪器的灵敏度、检测速度还需要进一步提高。而国内目前还没有自主研制的能用于苯丙氨酸检测的国产荧光分析仪,笔者设计并研制了一 套针对苯丙氨酸的荧光检测仪，不仅填补这一领域的国内空白，还能大幅度降低荧光分析仪的价格和检测成本，能更好地满足国内新生儿大样本强制性筛查的需求。

　　2 新型荧光光学检测系统设计方案

　　新型荧光光学检测系统如图 2，主要组成和特点如下：

　　激发光源采用峰值波长为 390nm ，半波宽度为 30nm 的超高亮度紫外发光二极管[4]，最大发光强度可达 300m W 。为进一步增加光强，我们采用二极管阵列方法，由半球面冷反射镜汇集提高光强，并在激发光入射端采用自聚焦光纤以提高传输效率。由于苯丙氨酸荧光化合物在 390nm 处受到紫外光照射后，会产生 485nm 荧光[10]， 所以系统的激发光滤波片的中心波长为 390nm ,半宽(20±3)nm ,发射光滤波片的中心波长为485nm ,半宽(14 ±2)nm 。光传输采用 Y 型光纤结构[5]。光电转换器采用光电倍增管，因检测荧光信号是微弱的直流信号，所以要求光电转换放大模块具备直流放大，抗干扰，高输入电阻，高放大倍 数，低漂移，低背景噪声等性能。本系统选用了型号为 CR131 的侧窗型光电倍增管，光谱响应范围 185~900nm ,阴极光照灵敏度 74μA/Lm ，阳极光照灵敏度 2500A/Lm ，阳极最大暗电流最大为 A。此型倍增管阳极灵敏度很高，可以提高检测灵敏度。