專利名稱：一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生化檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種利用局域表面等離子體共振增強(qiáng)(LSPR)技術(shù)的生 化檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
傳感技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，在國(guó)家安全、科學(xué)試驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生、以及環(huán) 境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用。生化傳感技術(shù)是傳感技術(shù)的重要分支，關(guān)系到與人們生活息息相 關(guān)的公共安全、病毒、細(xì)菌檢測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)生化傳感技術(shù)通常需要 標(biāo)記，其中90%的工作量用在標(biāo)記，主要使用放射性同位素、酶或熒光等做為標(biāo)識(shí)物，安全 性差和穩(wěn)定性差，同時(shí)，系統(tǒng)體積大、靈敏度低(通常在納摩爾量級(jí))、過程繁瑣、效率低。 不能滿足快速(以便實(shí)時(shí)處理和控制危險(xiǎn)物)、靈敏(以便探測(cè)微量的劇毒物質(zhì))、特效(排除非 致病性成份的干擾和污染)的需求。近年來(lái)，部分無(wú)標(biāo)記檢測(cè)方法得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了橢圓 偏振光、光尋址電位、離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管、表面聲波和石英晶振微天平等傳感技術(shù)，提高 了檢測(cè)效率，但在探測(cè)系統(tǒng)的集成化、靈敏度提高等方面仍然需要開展大量工作。
近年來(lái)，隨著納米技術(shù)、物理化學(xué)與生命科學(xué)的交叉融合，金屬微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)良電磁性 質(zhì)和生物親和性引起了人們的廣泛關(guān)注，目前利用SPR技術(shù)的分析儀已經(jīng)商品化，并進(jìn)入市 場(chǎng)，其工作原理是采用棱鏡耦合加上高精度角度掃描的方式進(jìn)行信號(hào)探測(cè)，BIAC0RE公司所 產(chǎn)的BIAC0RE3000-SPR分析儀售價(jià)高達(dá)幾百萬(wàn)，儀器體積較大，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用和滿 足外場(chǎng)探測(cè)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有生化傳感技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、周期長(zhǎng)、靈敏
度低等缺點(diǎn)，利用局域表面等離子體技術(shù)(LSRP)，構(gòu)成一種高靈敏度、免標(biāo)記、生化檢測(cè)儀。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè) 儀，其特征在于包括光源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分組成， 其中所述傳感系統(tǒng)上裝有探測(cè)芯片；由光源系統(tǒng)提供光源，傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)依次位
3于光源后面的出射光路上并都垂直于光軸放置；光源發(fā)出的光照射在傳感系統(tǒng)的探測(cè)芯片上， 光譜分析系統(tǒng)位于傳感系統(tǒng)之后探測(cè)通過探測(cè)芯片的光線；并將所采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)?數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
所述的光源系統(tǒng)由光源和光束整形系統(tǒng)構(gòu)成。
所述的光源系統(tǒng)采用LED、或鹵素?zé)簟⒒蜮c燈、或汞燈，其光源的光譜范圍在200 1500nm。 所述探測(cè)芯片的基底材料為K9、或融石英玻璃、或PDMS。 所述的光譜分析系統(tǒng)包含光譜儀。
所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及安裝在其上的數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。 所述的探測(cè)芯片上可附帶的探測(cè)對(duì)象為病毒、或細(xì)菌、或蛋白質(zhì)。
所述的傳感系統(tǒng)可以采用微機(jī)械的方法制作樣品進(jìn)樣和回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、或?qū)⑸?物分子結(jié)合在探測(cè)芯片上并待其充分反應(yīng)后插入系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是
(1) 本發(fā)明的生化檢測(cè)儀不需要復(fù)雜設(shè)備、無(wú)需標(biāo)記可進(jìn)行直接探測(cè)的監(jiān)測(cè)儀；
(2) 本發(fā)明的生化檢測(cè)儀探測(cè)靈敏度高；
(3) 本發(fā)明的生化檢測(cè)儀可以實(shí)現(xiàn)多通道探測(cè)，提高了探測(cè)的效率；
(4) 本發(fā)明的生化檢測(cè)儀使用條件要求不高，方法容易掌握，操作方便、智能化程度高；
(5) 本發(fā)明的生化檢測(cè)儀同時(shí)還具有小型化、重量輕、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，為野外快速病 毒、細(xì)菌探測(cè)探測(cè)提供一種簡(jiǎn)單實(shí)用的新裝備。


圖1是本發(fā)明高靈敏度LSPR生化檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明高靈敏度LSPR生化檢測(cè)儀測(cè)試過程示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中插入式探測(cè)芯片實(shí)物照片； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中光譜移動(dòng)結(jié)果；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中采用的微流控實(shí)時(shí)檢測(cè)探測(cè)芯片實(shí)物照片；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，而且通過以下實(shí)施例本領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。
一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)(LSPR)的生化檢測(cè)儀，是一種基于光譜分析技術(shù)的傳 感檢測(cè)設(shè)備，由光源系統(tǒng).、傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)以及數(shù),據(jù)iiL理系統(tǒng)四個(gè)部分組成；光源系統(tǒng)由光源和光束整形系統(tǒng)構(gòu)成，傳感系統(tǒng)包含有探測(cè)芯片及探測(cè)芯片裝夾、定位系統(tǒng)以及 進(jìn)樣、出樣結(jié)構(gòu)組成；光譜分析系統(tǒng)由光譜儀構(gòu)成，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及安裝在 其上的數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成；傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)依次位于光源后面的出射光路上并都垂 直于光軸放置。光源發(fā)出的光經(jīng)整形、擴(kuò)束后入射到傳感系統(tǒng)中的探測(cè)芯片上，光通過探測(cè) 芯片后再被后端的光譜分析儀器所探測(cè)，光譜分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸達(dá)到系'統(tǒng)的最末端數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)。其裝置的光路示意圖如圖1所示，圖2是本發(fā)明高靈敏度LSPR生化檢測(cè)儀測(cè)試 過程示意圖。先將制備好的探測(cè)芯片置于光源后，光源發(fā)出的光經(jīng)整形、擴(kuò)束后入射到傳感 系統(tǒng)中的探測(cè)芯片上，光通過探測(cè)芯片后再被后端的光譜分析儀器所探測(cè)，獲得基片的基準(zhǔn) 值。然后將探測(cè)芯片取下來(lái)，引入待測(cè)樣品，再將其置于光路中，再次測(cè)試光譜值。利用系 統(tǒng)的最末端的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析、處理探測(cè)芯片基準(zhǔn)值和測(cè)試樣品光譜，判斷是否含有待測(cè) 物。
實(shí)施例1
本實(shí)施例利用本發(fā)明局域表面等離子體共振增強(qiáng)的生化檢測(cè)儀，用于檢測(cè)生物毒素。所 選擇的光源系統(tǒng)中的光源是光譜范圍在300 1000nm的鹵素?zé)?、或鈉光燈，經(jīng)光束整形系統(tǒng) 擴(kuò)束、整形后出射光束的光照射在傳感系統(tǒng)中的采用K9玻璃作為基底的探測(cè)芯片1上。如圖 3所示，在傳感系統(tǒng)中采用探測(cè)芯片1裝在探測(cè)芯片裝夾機(jī)構(gòu)2上；光譜分析系統(tǒng)選用光譜 分辨率1. 5nm、波長(zhǎng)重現(xiàn)性小于土O. 2nm的Ocean Optics公司的USB4000型光譜分析儀，光 通過探測(cè)芯片后再被后端的光譜分析儀所探測(cè)；所采集的數(shù)據(jù)通過USB2. 0接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)處理軟件可以包括用戶界面、探測(cè)、控制和數(shù)據(jù)處理及輸出顯示幾個(gè)功 能模塊。由數(shù)據(jù)處理軟件輸出測(cè)試結(jié)果，如圖4所示，通過譜峰的移動(dòng)來(lái)判定被測(cè)樣品是否 含有標(biāo)記的生物毒素，3是結(jié)合待測(cè)樣品前的光譜曲線，4是結(jié)合待測(cè)樣品后的光譜曲線。
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用本發(fā)明的局域表面等離子體共振增強(qiáng)的生化檢測(cè)儀用于測(cè)試細(xì)菌。光源系 統(tǒng)中采用光譜范圍在200 800nm的汞燈為光源，光源單獨(dú)為一體，采用光纖導(dǎo)光；入射光照 射在傳感系統(tǒng)中的PDMS為基底的對(duì)細(xì)菌具有高靈敏度的探測(cè)芯片上；探測(cè)芯片照片如圖5所 示，其上有采用微機(jī)械的方法制備的微流道，通過樣品進(jìn)樣和回收系統(tǒng)通入待測(cè)細(xì)菌，實(shí)現(xiàn) 在線檢測(cè)。光譜分析系統(tǒng)選用光譜分辨率2nm、波長(zhǎng)重現(xiàn)性小于士O. 3nm的光譜分析儀對(duì)其光 譜進(jìn)行測(cè)試；采用并口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由安裝在計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理并輸出測(cè)試結(jié)果。
實(shí)施例3
5本實(shí)施例采用本發(fā)明的局域表面等離子體共振增強(qiáng)的生化檢測(cè)儀用于測(cè)試蛋白質(zhì)。光源 系統(tǒng)中采用光譜范圍在600 1500nm的LED為光源；傳感系統(tǒng)中的采用融石英玻璃作為基底 的蛋白質(zhì)探測(cè)芯片；光譜分析系統(tǒng)采用集成型LSPR檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)分析，并采用USB口與 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)處理。主機(jī)系統(tǒng)外形尺寸小于300X150X 120mm3;樣機(jī)提供USB2.0 接口；重量低于3kg，適合野外場(chǎng)合使用。事先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)采集光譜數(shù)據(jù)，建 立了不同種類、不同濃度的蛋白質(zhì)分子光譜標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)方便地檢測(cè)結(jié)果的比對(duì)和 信號(hào)提取，儀器操作性高。
權(quán)利要求
1、一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于包括光源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分組成，其中所述傳感系統(tǒng)上裝有探測(cè)芯片；由光源系統(tǒng)提供光源，傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)依次位于光源后面的出射光路上并都垂直于光軸放置；光源發(fā)出的光照射在傳感系統(tǒng)的探測(cè)芯片上，光譜分析系統(tǒng)位于傳感系統(tǒng)之后探測(cè)通過探測(cè)芯片的光線；并將所采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于所 述的光源系統(tǒng)由光源和光束整形系統(tǒng)構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源系統(tǒng)，其特征在于所述的光源系統(tǒng)采用LED、或鹵素?zé)?、或鈉燈、或汞燈，其光源的光譜范圍在200 1500nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于所 述探測(cè)芯片的基底材料為K9、或融石英玻璃、或PDMS。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于所 述的光譜分析系統(tǒng)包含光譜儀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及安裝在其上的數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于所述的探測(cè)芯片上可附帶的探測(cè)對(duì)象為病毒、或細(xì)菌、或蛋白質(zhì)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于所 述的傳感系統(tǒng)可以采用微機(jī)械的方法制作樣品進(jìn)樣和回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)、或?qū)⑸锓肿?結(jié)合在探測(cè)芯片上并待其充分反應(yīng)后插入系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。
全文摘要
一種局域表面等離子體共振增強(qiáng)生化檢測(cè)儀，其特征在于包括光源系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四部分組成，其中所述傳感系統(tǒng)上裝有探測(cè)芯片；由光源系統(tǒng)提供光源，傳感系統(tǒng)、光譜分析系統(tǒng)依次位于光源后面的出射光路上并都垂直于光軸放置；光源發(fā)出的光照射在傳感系統(tǒng)的探測(cè)芯片上，光譜分析系統(tǒng)位于傳感系統(tǒng)之后探測(cè)通過探測(cè)芯片的光線；并將所采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；通過該檢測(cè)儀，達(dá)到對(duì)探測(cè)對(duì)象的快速、高靈敏識(shí)別并且適合外場(chǎng)測(cè)試的需求。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，攜帶方便；可以滿足野外、公共場(chǎng)所、醫(yī)院等對(duì)生化探測(cè)的需要，便于推廣。
文檔編號(hào)G01N33/50GK101514985SQ20091007819
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者史立芳, 杜春雷, 歡 楊, 鄧啟凌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所