賽默飛分光光度計(jì)NanoDrop Eight光路設(shè)計(jì)

一、引言

NanoDrop系列分光光度計(jì)是分子生物學(xué)和生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室最常用的定量檢測(cè)工具之一。作為該系列中的高通量機(jī)型，NanoDrop Eight不僅繼承了NanoDrop家族的核心技術(shù)，還在光路設(shè)計(jì)上進(jìn)行了優(yōu)化，使其能夠在極低樣品體積、寬濃度范圍和快速操作的條件下，完成高精度的光譜檢測(cè)。光路系統(tǒng)是分光光度計(jì)的核心部分，它直接決定了檢測(cè)的靈敏度、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。本文將重點(diǎn)圍繞NanoDrop Eight的光路設(shè)計(jì)展開，詳細(xì)介紹其原理、組成、特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

二、光路設(shè)計(jì)的基本原理

1. 光譜檢測(cè)原理

分光光度法的核心是基于朗伯–比爾定律：
$A=\epsilon \times c\times l$
其中：

• $A$：吸光度

• $\epsilon$：摩爾消光系數(shù)

• $c$：溶液濃度

• $l$：光程長(zhǎng)度

NanoDrop Eight通過精密的光路系統(tǒng)，將紫外-可見區(qū)光源發(fā)出的光束穿過僅1–2 μL的微量樣品，并由檢測(cè)器接收透射光強(qiáng)，從而計(jì)算吸光度并換算出濃度。

2. 光程調(diào)節(jié)原理

NanoDrop Eight采用專利表面張力樣品固定技術(shù)，樣品通過上下兩個(gè)光學(xué)測(cè)量柱之間形成液體橋，光束穿過液橋完成檢測(cè)。

• 光程可自動(dòng)在1.0 mm和0.5 mm之間切換，避免高濃度樣品的信號(hào)飽和。

• 自動(dòng)光程調(diào)節(jié)確保檢測(cè)范圍覆蓋2–15,000 ng/μL核酸濃度。

三、光路系統(tǒng)的主要組成

1. 光源模塊

NanoDrop Eight配備雙光源系統(tǒng)：

• 氘燈：覆蓋190–400 nm紫外波段，用于核酸與蛋白質(zhì)檢測(cè)。

• 鎢鹵素?zé)?/strong>：覆蓋400–850 nm可見光至近紅外波段，支持蛋白比色法及多種分光應(yīng)用。
  兩種光源可自動(dòng)切換，保證全波長(zhǎng)范圍檢測(cè)。

2. 光纖傳輸系統(tǒng)

• 光源發(fā)出的光束通過光纖引導(dǎo)至樣品區(qū)。

• 光纖具有柔性與高透光率，可減少光路折射與散射損耗。

• 多通道光纖結(jié)構(gòu)保證了8個(gè)通道的光路獨(dú)立性與同步性。

3. 樣品固定與光程單元

• 上下兩個(gè)光學(xué)測(cè)量柱（光學(xué)臂）構(gòu)成檢測(cè)窗口。

• 樣品液滴通過表面張力保持在兩柱之間，形成穩(wěn)定液體橋。

• 光束穿過液體橋，光程長(zhǎng)度自動(dòng)切換（0.5 mm或1.0 mm）。

4. 單色器與分光元件

• 系統(tǒng)采用高精度光柵，將光源分解為特定波長(zhǎng)。

• 光束經(jīng)光柵選擇后進(jìn)入檢測(cè)器，避免雜散光干擾。

5. 檢測(cè)器模塊

• 采用硅光二極管陣列作為檢測(cè)器。

• 信號(hào)響應(yīng)快、噪聲低，能覆蓋190–850 nm全波段。

• 多通道并行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)高通量數(shù)據(jù)采集。

6. 信號(hào)處理與轉(zhuǎn)換

• 檢測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，傳入處理器。

• 內(nèi)置軟件根據(jù)朗伯–比爾定律換算濃度，并進(jìn)行基線校正、數(shù)據(jù)平滑等處理。

四、NanoDrop Eight光路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1. 微量樣品固定技術(shù)

• 樣品僅需1–2 μL，通過表面張力固定在光學(xué)柱之間。

• 避免使用比色皿，減少樣品消耗并降低光學(xué)干擾。

2. 自動(dòng)光程切換

• 高濃度樣品時(shí)自動(dòng)縮短光程，避免信號(hào)超限。

• 低濃度樣品時(shí)延長(zhǎng)光程，提高靈敏度。

• 在2–15,000 ng/μL濃度范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確檢測(cè)。

3. 多通道并行光路

• 獨(dú)立的8通道光路設(shè)計(jì)，可同時(shí)檢測(cè)8個(gè)樣品。

• 保證各通道間信號(hào)一致性，提升通量。

4. 寬波長(zhǎng)覆蓋

• 190–850 nm波長(zhǎng)范圍，涵蓋核酸、蛋白質(zhì)及多種比色反應(yīng)。

• 既能檢測(cè)核酸260 nm峰，也能檢測(cè)蛋白280 nm峰和染料吸收峰。

5. 高穩(wěn)定性與低噪聲

• 光纖傳輸減少光路折射與機(jī)械抖動(dòng)影響。

• 雙光束參考補(bǔ)償技術(shù)降低光源波動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響。

五、光路設(shè)計(jì)在定量分析中的應(yīng)用

1. 核酸檢測(cè)

• 在260 nm波長(zhǎng)處檢測(cè)DNA、RNA濃度。

• 通過A260/A280、A260/A230比值評(píng)估樣品純度。

2. 蛋白質(zhì)檢測(cè)

• 280 nm直接檢測(cè)法，用于含芳香族氨基酸蛋白質(zhì)。

• 可結(jié)合Bradford、BCA等比色法在特定波長(zhǎng)下測(cè)定蛋白濃度。

3. 光譜掃描

• 全波長(zhǎng)掃描用于識(shí)別雜質(zhì)峰和確認(rèn)樣品特性。

• 差譜分析可檢測(cè)微小濃度差異。

4. 動(dòng)態(tài)范圍拓展

• 光程自動(dòng)切換保證高低濃度樣品均能準(zhǔn)確檢測(cè)。

• 樣品無需預(yù)稀釋，提升操作效率。

六、光路系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1. 微量檢測(cè)：僅需1–2 μL即可完成分析。

2. 高通量：多通道光路同時(shí)運(yùn)行，提升檢測(cè)速度。

3. 自動(dòng)光程控制：避免稀釋步驟，保證寬濃度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性。

4. 寬波長(zhǎng)覆蓋：190–850 nm，滿足多領(lǐng)域需求。

5. 穩(wěn)定性強(qiáng)：光纖與雙光束補(bǔ)償降低噪聲與漂移。

6. 免比色皿設(shè)計(jì)：簡(jiǎn)化操作、減少清潔環(huán)節(jié)。

七、光路維護(hù)與校準(zhǔn)

1. 日常維護(hù)

• 每次測(cè)定后用去離子水和無絨布清潔測(cè)量柱。

• 避免鹽分或有機(jī)物殘留干擾光路。

2. 光源維護(hù)

• 定期記錄氘燈與鎢燈使用時(shí)間，接近壽命時(shí)更換。

• 保持儀器預(yù)熱，確保光源穩(wěn)定。

3. 校準(zhǔn)與驗(yàn)證

• 使用標(biāo)準(zhǔn)溶液（如DNA標(biāo)準(zhǔn)、BSA溶液）進(jìn)行周期性校準(zhǔn)。

• 定期運(yùn)行全波長(zhǎng)掃描檢查光譜線性與漂移情況。

八、常見光路問題與排查

1. 光程切換異常

• 現(xiàn)象：濃度結(jié)果不穩(wěn)定。

• 排查：檢查樣品液滴是否足量，是否產(chǎn)生氣泡。

2. 光譜噪聲增大

• 現(xiàn)象：曲線抖動(dòng)明顯。

• 排查：確認(rèn)光源是否接近壽命，光學(xué)柱是否污染。

3. 基線漂移

• 現(xiàn)象：空白校正后仍存在明顯漂移。

• 排查：檢查環(huán)境溫度變化與電源穩(wěn)定性。

九、總結(jié)

NanoDrop Eight分光光度計(jì)的光路設(shè)計(jì)充分結(jié)合了微量樣品檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)光程調(diào)節(jié)、光纖傳輸、多通道并行和雙光源系統(tǒng)等多項(xiàng)創(chuàng)新理念。其光路不僅保證了對(duì)極少量樣品的高靈敏度檢測(cè)，還能覆蓋從紫外到可見區(qū)的寬波長(zhǎng)范圍，同時(shí)兼顧高通量與高精度。通過合理維護(hù)與校準(zhǔn)，NanoDrop Eight的光路系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定性能，為核酸、蛋白質(zhì)及多種生物樣品的定量分析提供可靠保障。