光学检测方法、设备及系统

本发明涉及光学检测，尤其是涉及一种光学检测方法、设备及系统。

背景技术：

1、在生物医学研究、环境监测和材料科学等多个领域，随着对多个目标物同时进行快速、准确检测的需求日益增长，现有的检测技术面临越来越大的挑战。目前，均相检测设备普遍采用的单一激发和接收路径的设计，已经无法满足高效率、高通量的检测要求。

2、首先，传统的荧光光谱仪通常只能顺序地检测特定波长的光，这要求在检测不同波长时手动或机械地更换滤光片。这种操作不仅耗时，而且增加了实验的复杂性，限制了检测的通量和连续性。此外，由于滤光片的物理尺寸和光学特性的限制，这种方法难以实现高光谱分辨率的检测，这在需要精确区分非常接近的光谱特征时尤为突出。其次，时间分辨荧光分析法虽然能够提供样品发光寿命的信息，但其实现通常依赖于复杂的时间分辨系统，如快速门控或单光子计数技术。这些系统不仅成本高昂，而且操作复杂，需要专业的技术人员进行维护和校准。此外，这些系统的时间分辨率通常受限于电子元件的响应速度，难以满足对超快速过程的研究需求。再者，现有技术在多色光信号的同步检测上存在挑战。由于不同波长的光在样品中的激发和发射特性可能不同，因此需要精确的光路设计和时间控制来确保所有波长的光信号都能被同步和准确地检测。这在技术上是非常具有挑战性的，尤其是在需要高时间分辨率和高光谱分辨率的情况下。最后，现有技术的另一个限制是其灵活性和适应性。随着新型生物标记物和环境污染物的不断发现，以及新材料的不断开发，研究者需要能够快速适应新检测目标的系统。然而，现有的检测系统往往缺乏必要的灵活性，难以适应新的检测需求，这限制了它们在新兴领域的应用。

3、综上所述，现有技术在多目标物的快速、准确检测方面存在显著的技术问题，这些问题由于光学元件的物理限制、电子系统的响应速度、以及系统设计的复杂性而变得难以解决。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种光学检测方法、设备及系统，能够实现多通道同时检测，提高检测效率。

2、第一方面，根据本发明实施例的光学检测方法，包括以下步骤：

3、发射至少两种不同波长的激发光束至待测样本，激发所述待测样本产生待检测光信号，所述待测样本包括多种均相体系的发光材料；

4、在多个预设的门控时间窗口内接收来自所述待测样本的所述待检测光信号；

5、将所述待检测光信号转换为电信号；

6、根据所述电信号，获取每个所述门控时间窗口内的所述待检测光信号的光强信息；

7、根据所述光强信息计算每种均相体系的发光材料的初始发光信号强度；

8、根据所述初始发光信号强度，计算所述待测样本中目标物的浓度。

9、根据本发明的一些实施例，所述多个预设的门控时间窗口的时间间隔基于多种均相体系的发光材料的发光寿命进行设定。

10、根据本发明的一些实施例，所述根据所述电信号，获取每个所述门控时间窗口内的所述待检测光信号的光强信息，根据所述光强信息计算每种均相体系的发光材料的初始发光信号强度，包括：

11、分别检测n种均相体系的发光材料的发光强度随时间衰减曲线，其中n≥2，且n为正整数；

12、选定n个时间点t1,t2,...,tn，分别计算每种均相体系的发光材料在这n个时间点的光强信息；根据所述光强信息计算每种均相体系的待测样本中目标物的初始发光信号强度。

13、根据本发明的一些实施例，所述发光材料为余辉材料。

14、根据本发明的一些实施例，所述发光材料的结构式如下所示：

15、

16、其中，x1和x2选自s或o中的一种；

17、r1和r2独立地选自如下基团中的至少一种：

18、(a)不存在；(b)氢；(c)卤素；(d)氨基；或(e)氨基的衍生物。

19、根据本发明的一些实施例，所述氨基的衍生物为n-烷基化氨基、n,n-二烷基化氨基、n-芳基氨基、n,n-二芳基氨基中的至少一种。

20、根据本发明的一些实施例，n-芳基氨基选自：n-苯基氨基、n-(取代苯基)氨基、n-(稠环芳基)氨基中的一种。

21、根据本发明的一些实施例，所述n-(取代苯基)氨基的取代基选自卤素、烷基、烷氧基、氨基、硝基中的至少一种。

22、根据本发明的一些实施例，所述n-(稠环芳基)氨基选自萘基、蒽基或菲基。根据本发明实施例的光学检测方法，至少具有如下有益效果：能够实现对待测样本的多波长检测，获得待测样本中各个发光材料的浓度，大大提高了检测效率。第二方面，根据本发明实施例的光学检测设备，包括：

23、光源系统，用于发射至少两种不同波长的激发光束；不同波长的所述激发光束在传输时互不干扰和/或在光束空间上独立；

24、分光元件，用于对所述激发光束进行反射和透射，以使得反射或透射后的所述激发光束传输至待测样本，激发所述待测样本产生待检测光信号；

25、检测器，用于接收所述待检测光信号，并将所述待检测光信号转化为表征检测结果的电信号。

26、根据本发明的一些实施例，所述光学检测设备还包括光强传感模块、处理模块和光源控制器，所述光强传感模块用于检测所述光源系统的不同波长的所述激发光束的输出强度，并将检测结果发送给所述处理模块；所述处理模块用于分析每个所述激发光束的输出强度是否与预设的光源强度存在偏差，并根据存在偏差的所述激发光束发送相应的调整信号给所述光源控制器，使所述光源控制器对所述光源系统相应的所述激发光束的输出强度进行调整。

27、根据本发明的一些实施例，所述光源系统包括至少两个光源，所述至少两个光源用于发射至少两种不同波长的激发光束；所述光学检测设备还包括模糊逻辑控制器和至少两个备用光源，所述备用光源与所述光源一一对应，当所述光源的激发光束的输出强度与预设的光源强度的偏差超过阈值时，所述模糊逻辑控制器用于将所述光源切换成对应的所述备用光源，所述模糊逻辑控制器还用于根据所述光源系统的实时状态和系统需求，动态调整切换速度和响应时间。

28、根据本发明的一些实施例，所述光学检测设备还包括准直元件，所述准直元件设置于所述光源系统的输出端，所述准直元件用于将所述激发光束转换为平行光束。

29、根据本发明的一些实施例，所述光学检测设备还包括第一滤光元件和/或第二滤光元件；所述激发光束通过所述第一滤光元件传输至所述待测样本，所述第一滤光元件用于对所述激发光束进行波段筛选；所述第二滤光元件设置在所述待测样本与所述检测器之间，用于对所述待检测光信号进行波段筛选。

30、根据本发明的一些实施例，所述光学检测设备还包括快门元件，所述快门元件设置在所述待测样本与所述检测器之间，所述快门元件的开关切换时间低于0.2s。

31、根据本发明的一些实施例，所述光源系统包括至少两个光源，所述至少两个光源用于发射至少两种不同波长的激发光束；或者，所述光源系统包括可调谐激光器，所述可调谐激光器在不同参数下能发射至少两种不同波长的激发光束。

32、根据本发明的一些实施例，所述分光元件包括第一分光镜、第二分光镜和第三分光镜；所述光源系统包括第一光源、第二光源和第三光源，其中，所述第一光源发射的第一激发光束沿着水平方向传输，所述第二光源发射的第二激发光束和所述第三光源发出的第三激发光束均垂直于所述第一激发光束，且所述第二光源与所述第三光源在竖直方向错开设置，所述第一激发光束和所述第二激发光束的交汇处设置有所述第一分光镜，所述第一激发光束和所述第三激发光束的交汇处设置有所述第二分光镜，所述第一分光镜和所述第二分光镜用于将所述第二激发光束和所述第三激发光束的传输方向由垂直方向转换为水平方向；所述第三分光镜设置于所述光源系统与所述待测样本之间，用于将所述第一激发光束和/或所述第二激发光束和/或所述第三激发光束反射至所述待测样本；所述第一激发光束、所述第二激发光束和所述第三激发光束的波长不同。

33、根据本发明的一些实施例，所述分光元件还包括第四分光镜和第五分光镜；所述检测器包括第一检测器、第二检测器和第三检测器，所述第四分光镜设置于所述第一检测器与所述待测样本之间，用于将所述待检测光信号透射至所述第一检测器，以及将所述待检测光信号反射至所述第五分光镜；所述第五分光镜用于将所述第一检测器反射的所述待检测光信号反射至所述第二检测器，以及将所述第一检测器反射的所述待检测光信号透射至所述第三检测器；所述第一检测器、所述第二检测器和所述第三检测器的输入端均设置有滤光元件。

34、根据本发明的一些实施例，所述光学检测设备还包括聚焦透镜和/或收集透镜，所述聚焦透镜设置于所述分光元件与所述待测样本之间，且所述待测样本位于所述聚焦透镜的焦点位置；所述收集透镜设置于所述待测样本与所述检测器之间，用于收集所述待检测光信号。

35、根据本发明实施例的光学检测设备，至少具有如下有益效果：光源系统能够同时或依次发射不同波长的激发光束，从而实现对待测样本的多波长检测。通过分光元件将入射光部分反射和部分透射，可以有效地提高检测器接收到的待检测光信号的强度，从而增强检测灵敏度，提高信号的可靠性。此外，分光元件的作用可以将不必要的光信号过滤掉，只允许特定波长的光通过，从而减少了其他波长光信号的干扰。检测设备中包含多个检测器，每个检测器可以对应不同的波长，这样就可以实现多通道同时检测，大大提高了检测效率。

36、第三方面，根据本发明实施例的光学检测系统，包括：

37、如第二方面实施例所述的光学检测设备；

38、检测平台；

39、多孔板，设置于所述检测平台，所述多孔板用于承载待测样本；

40、震荡模块，用于对所述待测样本进行震荡混匀；

41、温育模块，用于对所述待测样本进行孵育；

42、加热模块，用于控制所述温育模块的温度；

43、控制模块，分别与所述光学检测设备、所述检测平台、所述震荡模块、所述温育模块和所述加热模块通信连接。

44、根据本发明实施例的光学检测系统，至少具有如下有益效果：将多孔板和前述的光学检测设备巧妙地集成在一起，光学检测设备对多孔板中的待测样本进行光学检测，多孔板的设计使得可以在较小的空间内同时处理多组样本。温育模块用于在特定温度下对待测样本进行孵育，加热模块用于对待测样本进行加热处理，震荡模块用于对待测样本进行震荡混匀。在整个系统中，控制模块可以控制加热模块的温度、震荡模块的工作模式，如震荡速度、震荡时间等，以适应不同实验的需求。这种光学检测系统的设计，使得实验室能够高效地进行大规模的样本检测。

45、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。