FRED案例展示：毛细管电泳系统的建模

①简介

从非侵入式到超灵敏的检测仪器，光子器件在今天的生物医药产业起到了不可或缺的作用。但只有在先进的软件工具和富有经验光学工程师的帮助下，这些新技术的及时设计和推向市场才有可能。Photon Engineering坚信其光学工程产品FRED可以帮助加速生物医药界的创新步伐。FRED结合了直观的图形用户界面和能够满足最苛刻要求的强大计算引擎。

通过展示几个熟悉而创新的应用，如前房角镜、毛细管中的激光诱导荧光和人类皮肤模型，FRED和生物医疗产业的相关性能得到最好的表达。

②激光诱导荧光-毛细管电泳系统

毛细管电泳是一个在遗传分析和蛋白质表征中使用的技术。准直激光束聚焦到一个玻璃毛细管柱上，其中物质在一个电势的作用下流动。当粒子通过受照射的区域，它们发出具有特征光谱的荧光。

在图1所示中，代表一个紫外激光束的准直光线集通过物镜聚焦到一个充满液体的玻璃毛细管中。通过反射没被使用的光重新回到毛细管中，右上角的反射镜扩大了受照明的体积。较大的照明体积增大了荧光信号。垂直于照明路径的导向光学器件采集荧光来进行分析。

图1. 毛细管电泳系统中采集光学器件FRED模型

FRED可以通过其散射库功能实现荧光现象。通过在概率统计方面推演发射曲线，可以创建脚本化散射模型来重新指定光线波长。在本案例中，应用一个广泛使用的有机染料—Rhodamine6G。使用FRED数字化工具采样光谱并数字化，并将结果包含在脚本化散射模型中。

为了节省仿真时间，只有到达探测器的散射光线才会被追迹。FRED中的重点采样特性就提供这个功能。要设置并使用这个功能，用户需要选择模型中的荧光实体，并点击“Scatter ”标签。指定好荧光的脚本化散射属性附在该元件后，将“Scatter Direction Region(s) of interest”设置为“Toward an Entity”，此时探测器表面作为选中目标。

完成仿真的图示如图2所示。紫色代表照明路径，橙色代表荧光路径。

图2.具有照明和荧光路径的毛细管电泳仿真

参考文献：

[1] Graphic obtained from http://omlc.ogi.edu/

[2] R. F. Kubin and A. N. Fletcher, “Fluorescence quantum yields of some rhodamine dyes.,” J. Luminescence, 27, 455-462, 198.