具有亚皮摩检测能力的小型低成本激光诱导荧光仪

2021-01-26

液体痕量分析在生命科学、食品安全和环境监测中具有重要应用,例如检测血液、尿液以及污水中的微量物质含量。但在这一领域,国产高端仪器仍是空白。

激光诱导荧光仪(LIF)是最灵敏的液体检测仪之一,其最低检测浓度(检测限)可达皮摩(pM)量级。注:1 pM相当于将1滴液体分散于40个标准游泳池中。由于LIF的荧光信号非常微弱,抑制背景噪声成为关键(噪声主要来自激光的散射与泄露)。为了抑制背景噪声,需要高品质的激光光束,以精确控制激光的传输与聚焦,因此高性能LIF需采用昂贵笨重的激光器(如氩离子激光器)。

大连理工大学黄辉教授课题组发明了一种新型LIF,即“针孔金属毛细管LIF (PMC-LIF)”,其中“针孔”可以避免激光束与毛细管侧壁的接触与散射,“金属毛细管”可以避免激光泄露,从而最大程度的抑制背景噪声。


图1 针孔金属毛细管LIF的(a)结构示意图,(b)金属毛细管与(c)LIF仪器的实物照片。

该LIF不仅能够采用便宜微型的“半导体激光器”取代昂贵笨重的“氩离子激光器”,而且还提高了检测精度(检测限达0.4 pM)。与现有国外主流产品(ZetaLIF)相比,PMC-LIF的成本和体积大幅降低(体积仅为16 cm×4 cm×4 cm),同时检测精度改善了2.5倍。这种小型、低成本、高灵敏度的LIF,有望用于个人健康监测。

相关研究成果以“A compact, low-cost and high sensitive LIF based on pinhole metal-capillary and direct laser-diode excitation”为题于2020年12月12日在线发表在Optics and Lasers in Engineering。

该论文第一作者为博士生蔡伟成,通信作者为黄辉教授。黄辉教授长期致力于光电检测与微纳传感器的研究,以第一作者或通讯作者在知名期刊上发表四十多篇学术论文。该研究工作获得了国家自然科学基金项目“基于导光金属毛细管的便携式、高灵敏度光度计研究”的支持。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2020.106488