CN100520394C - 一种单通道多参数表面等离子体谐振测试仪 - Google Patents

一种单通道多参数表面等离子体谐振测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明一种单通道多参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪属于测试仪器技术领域。该测试仪，包括控制***、光学***、机械扫描***、流通***及表面等离子体谐振芯片、信号采集处理软件和***操作控制软件等部分，构成完整的表面等离子体谐振测试***，其中，机械扫描***实现角度调制，进行角度和光强信号检测；采用两单元或多单元表面等离子体谐振芯片，待测样品经单通道流过芯片时，可给出对应的双参数或多参数检测结果。本发明的测试仪结构简单，操作简便，可设定参比单元检测或多参数自动化测试，测试数据可靠、精确。

Description

一种单通道多参数表面等离子体谐振测试仪
技术领域
本发明属于测试仪器技术领域，特别是单通道多参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪。
背景技术
目前，单通道表面等离子体谐振(SPR)测试仪每次只测量一个参数，多通道表面等离子体谐振(SPR)测试仪的每个通道也只测量一个参数，造成测试过程复杂，数据量大，耗时且容易出错。
发明内容
本发明的目的是提出一种新型单通道多参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪，该仪器采用两单元芯片、配合相应的光学***、检测***和信息处理***实现双参数检测；或采用多单元芯片及相应的信号采集处理***，也可以实现单通道多参数测试。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种单通道多参数表面等离子体谐振测试仪，包括控制***、光学***、机械扫描***、流通***及表面等离子体谐振芯片、信号采集处理软件和***操作控制软件等部分，构成完整的表面等离子体谐振测试***，其中，以机械运动扫描结构来实现角度调制，进行角度和光强信号单通道检测；其采用多单元表面等离子体谐振芯片，待测样品经单通道流过芯片时，可给出对应的多参数检测结果。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其所述流通***，包括测试池、管路、进液阀、蠕动泵和敏感芯片；其中，光学棱镜下方紧密连接有表面等离子体谐振多单元敏感芯片的金膜，金膜下方紧密连接有测试池；测试池两端设有进液管和出液管，进液管连有进液阀，进液阀设有两进口，一进口与样品管连通，另一进口与载液管连通，载液管上装有蠕动泵；测量池内样品与流通***表面等离子体谐振多单元敏感芯片接触，给出对应的多参数检测结果。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其所述表面等离子体谐振芯片，为并列式的裸金表面等离子体谐振芯片；多单元表面等离子体谐振芯片，至少是两单元并列式的裸金表面等离子体谐振芯片。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其所述机械扫描***，包括光学平台、连杆组、滑块、导轨、螺杆、电机、角位移传感器和拉杆，其中，连杆组由四根连杆组成，四根连杆围成菱形，四根连杆可以以连点为轴心转动，其一连点B安装在光学平台上，另一相对的连点A与拉杆连接，拉杆另一端连接滑块；在滑块下有一导轨，滑块可在导轨上移动；滑块另一端接有螺杆，螺杆另一端与电机传动轴动连接，且螺杆另一端端部与角位移传感器连接；
光源和阵列光电二极管分别放置在连杆组的连点B两侧的连杆上，位于光学棱镜的入射和反射光路上；光学棱镜、表面等离子体谐振芯片和测量池一起组合在光学平台上。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其所述机械扫描***，可进行角度测试或在特定角度下的光强测试。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其所述光源是半导体激光器；阵列光电二极管至少为两单元光电二极管阵列或CCD。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其所述光源，通过平行光路***形成一定面积的光束；双参数测试时，采用的光接收器是两单元光电二极管，多参数测试时，采用的光接收器是多单元光电二极管阵列或CCD。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其每次测量给出的多参数测量结果，其中一个参数是参比值，与样品测量值进行比对差分，可消除温度和噪声的影响，提高测试可靠性和准确性。
所述的表面等离子体谐振测试仪，其控制***根据运行状态决定机械扫描***的运行速度和方向，以高精度地调节光束入射角，实现角度扫描；采集信号分为角度和光强两种，当机械运行到极限位置时，控制***对角度进行校正，并根据运行结果对机械速度自动调整；在每一个可分辨的入射角度，***都对光强进行检测，检测的采样率和样本数可控，每次运行的结果作为决定下次测量时的参考依据。
本发明的主要特点是在本发明人授权专利：ZL专利号98102366.5的基础上，除保持原表面等离子体谐振测试仪基本结构外，进一步扩展和完善***。通常采用点光源即可，本发明采用了有一定面积的平行光束，以复盖两单元或多单元芯片，所以本发明***采用平行光束光源和与芯片对应的两单元或多单元光电二极管以及相应的流动注入***，并配置两单元或多单元芯片信息采集和处理***。本发明的测试仪结构简单，操作简便，同时可做多参数自动化测试，且测试数据可靠、精确。
附图说明
图1是本发明单通道多参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪的***结构框图；
图2是本发明单通道多参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪的光学和机械扫描***结构示意图；
图3是本发明单通道多参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪的***光路和流通***结构示意图；
图4是本发明单通道双参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪的应用实例测试曲线图。
具体实施方式
本发明装置不仅具有表面等离子体谐振(SPR)生化分析技术特有的：样品无需标记和不需纯化处理、可检测混浊或不透明的样品、可以实时动态检测、入射角范围宽、角度变化分辨率高，适应性强等优点，而且相对于单参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪还具有检测灵敏度高、需样品量更少、过程方便快捷、准确可靠、应用范围广和能进行高通量检测等优点，并且，该装置带有配套的流动注入***，可实现单通道双参数或多参数自动化检测，在生命科学、化学分析、临床诊断、药物筛选、食品安全、环境监控和有关科学研究领域中都可广泛应用。
图1是本发明***结构框图，测试仪的组成包括：光学***、机械扫描***、流通***以及数据采集***等四个部分，四个部分按标准常规方式连接，并与测试仪控制***及计算机相联，构成完整的光、机、电一体化***。
图2是机械扫描***结构原理示意图。图中，测试仪基座1，光学平台2，连杆组3，滑块4，导轨5，螺杆6，电机7，角位移传感器8，拉杆9，光源10，两(或多)单元阵列光电二极管11，光学棱镜12和测量池13。
其特征在于，根据表面等离子体谐振(SPR)角调制原理而采用机械扫描结构。这里所说的机械扫描运动结构包括光学平台2、连杆组3、滑块4、导轨5、螺杆6、电机7、角位移传感器8和拉杆9，其中，连杆组3由四根连杆组成，四根连杆围成菱形，四根连杆可以连点为轴心转动，其一连点B安装在光学平台2上，另一相对的连点A与拉杆9连接，拉杆9另一端连接滑块4。在滑块4下有一导轨5，滑块4可在导轨5上移动。滑块4另一端接有螺杆6，螺杆6另一端与电机7动连接，且螺杆6另一端端部与角位移传感器8固接。
光源10和两(或多)单元阵列光电二极管11分别放置在连杆组3的连点B两侧的连杆上，位于光学棱镜12的入射和反射光路上。光源10是半导体激光器。光学棱镜12、表面等离子体谐振(SPR)芯片和测量池13等一起组合在光学平台2上。
图3是***光路、两(或多)单元表面等离子体谐振(SPR)芯片及流通***结构示意图。其中，光学棱镜12下方紧密连接有表面等离子体谐振两单元敏感芯片21或多单元敏感芯片22的金膜14，金膜14下方紧密连接有测试池13。测试池13两端设有进液管15和出液管16，进液管15连有进液阀17，进液阀17设有两进口，一与样品管18连通，另一与载液管19连通，载液管19上装有蠕动泵20。测量池13内样品与流通***表面等离子体谐振(SPR)两单元敏感芯片21或多单元敏感芯片22接触。
下面结合附图叙述本发明。
如图1所示，控制***根据运行状态决定机械扫描运动结构的运行速度和方向，以高精度地调节光束入射角，实现角度扫描；采集信号分为角度和光强两种，当机械运行到极限位置时，控制***对角度进行校正，并根据运行结果对机械速度自动调整。在每一个可分辨的入射角度，***都对光强进行检测，检测的采样率和样本数可控。每次运行的结果作为决定下次测量时的参考依据。
图2可知，杠杆机构可以精确地实现微小角位移，而且结构简单。该结构的优点是可实现微小的入射角度变化和较大的变化范围，而且同时对反射光进行了跟踪；***的灵敏度决定于电机7和角位移传感器8最小可分辨的角位移；***的精确度主要由螺杆6的制造精度决定，而滑块4的行程长度和连杆的臂长决定测量范围的大小；使用本发明时，待测物是由蠕动泵驱动和阀门控制，通过放置在光学平台2上的测量池13与流通***表面等离子体谐振(SPR)两单元或多单元敏感芯片接触反应，实现对待测物的检测。
图4所示为单通道双参数表面等离子体谐振(SPR)测试仪应用时实测样品曲线图。图中两条曲线中一条(绿线)为参比曲线、一条为样品曲线(红线)，将参比值与样品测量值进行比对差分，可消除温度和噪声等外界因素的干扰和影响，进一步提高了测试可靠性和准确性。

Claims (5)

1、一种单通道多参数表面等离子体谐振测试仪，包括控制***、光学***、机械扫描***、流通***及表面等离子体谐振芯片、信号采集处理软件和***操作控制软件部分，构成完整的表面等离子体谐振测试***，其中，以机械运动扫描结构来实现角度调制，进行角度和光强信号单通道检测；其特征在于，采用多单元表面等离子体谐振芯片，光学棱镜下方紧密连接有多单元表面等离子体谐振芯片的金膜，金膜下方紧密连接测试池；所述多单元表面等离子体谐振芯片至少是两单元并列式的裸金表面等离子体谐振芯片；采用平行光束以覆盖至少是两单元并列式的裸金表面等离子体谐振芯片；光源是半导体激光器；光接受器至少为两单元的阵列光电二极管或CCD；待测样品经单通道流过芯片时，可给出对应的多参数检测结果；每次测量给出的多参数测量结果，其中一个参数是参比值，与样品测量值进行比对差分，可消除温度和噪声的影响，提高测试可靠性和准确性。
2、如权利要求1所述的表面等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述流通***，包括测试池、管路、进液阀、蠕动泵和敏感芯片；其中，测试池两端设有进液管和出液管，进液管连有进液阀，进液阀设有两进口，一进口与样品管连通，另一进口与载液管连通，载液管上装有蠕动泵；测试池内样品与流通***表面等离子体谐振多单元敏感芯片接触，给出对应的多参数检测结果。
3.如权利要求1所述的表面等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述机械扫描***，包括光学平台、连杆组、滑块、导轨、螺杆、电机、角位移传感器和拉杆，其中，连杆组由四根连杆组成，四根连杆围成菱形，四根连杆可以以连点为轴心转动，其一连点B安装在光学平台上，另一相对的连点A与拉杆连接，拉杆另一端连接滑块；在滑块下有一导轨，滑块可在导轨上移动；滑块另一端接有螺杆，螺杆另一端与电机传动轴动连接，且螺杆另一端端部与角位移传感器连接；
光源和阵列光电二极管分别放置在连杆组的连点B两侧的连杆上，位于光学棱镜的入射和反射光路上；光学棱镜、表面等离子体谐振芯片和测试池一起组合在光学平台上。
4.如权利要求3所述的表面等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述机械扫描***，可进行角度测试或在特定角度下的光强测试。
5.如权利要求1、2、3或4任一权利要求所述的表面等离子体谐振测试仪，其特征在于，控制***根据运行状态决定机械扫描***的运行速度和方向，以高精度地调节光束入射角，实现角度扫描；采集信号分为角度和光强两种，当机械运行到极限位置时，控制***对角度进行校正，并根据运行结果对机械速度自动调整；在每一个可分辨的入射角度，***都对光强进行检测，检测的采样率和样本数可控，每次运行的结果作为决定下次测量时的参考依据。
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