專利名稱：用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的干涉成像方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用來實(shí)現(xiàn)高通量、高精度、無標(biāo)記、實(shí)時(shí)傳感 蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-DNA、蛋白質(zhì)-效應(yīng)物、抗原-抗體、配體-受體、藥物-靶等生物 分子相互作用的方法及其蛋白質(zhì)芯片檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生命科學(xué)已經(jīng)進(jìn)入蛋白質(zhì)組學(xué)研究時(shí)代。蛋白質(zhì)組學(xué)是研究一種基因組所表達(dá)的 全套蛋白質(zhì)，即包括一種細(xì)胞乃至一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)。它必須在大規(guī)模水平上 才能研究蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平、翻譯后的修飾以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相 互作用等；同時(shí)，還注重研究參與特定生理或病理狀態(tài)的所有蛋白質(zhì)種類及其與周圍環(huán)境 (分子)的關(guān)系。人體中，蛋白質(zhì)不僅數(shù)量比基因多，而且具有時(shí)空特性比基因復(fù)雜，如何檢 測成千上萬種蛋白質(zhì)間以及蛋白質(zhì)與其它生物大分子間的相互作用是蛋白質(zhì)組學(xué)所面臨 的挑戰(zhàn)。需要強(qiáng)調(diào)，蛋白質(zhì)組的研究不僅能為透切理解生命活動(dòng)規(guī)律提供理論和實(shí)驗(yàn)，也能 為眾多種疾病機(jī)理的闡明及攻克提供理論根據(jù)和解決途徑。通過對(duì)正常個(gè)體及病理個(gè)體間 的蛋白質(zhì)組比較分析，可以找到某些“疾病特異性的蛋白質(zhì)分子”，成為新藥物設(shè)計(jì)的分子 靶點(diǎn)或?yàn)榧膊〉脑缙谠\斷提供分子標(biāo)志。其實(shí)，那些世界范圍內(nèi)銷路最好的藥物本身就是 蛋白質(zhì)或其作用靶點(diǎn)也為某種蛋白質(zhì)分子。正因?yàn)槿绱?，基因組學(xué)的檢測技術(shù)還不能滿足 蛋白質(zhì)組學(xué)的要求，蛋白質(zhì)組學(xué)檢測技術(shù)應(yīng)具備的特點(diǎn)一是高通量，一次可以檢測幾十、 幾百甚至成千種蛋白質(zhì)；二是高靈敏度，人體中各種蛋白質(zhì)的豐度即含量相差達(dá)幾億倍，必 須高靈敏度才能適應(yīng)檢測低豐度蛋白質(zhì)的要求；三是實(shí)時(shí)，有時(shí)蛋白質(zhì)之間的相互作用可 能瞬時(shí)即逝，必須及時(shí)捕足?；诒砻娴入x子體共振(surface ρlasmon resonance，簡稱SPR)的生物傳感是一 種具有高靈敏度、實(shí)時(shí)、無標(biāo)記等特點(diǎn)的光學(xué)檢測方法，被認(rèn)為是檢測生物分子相互作用的 較理想方法。SPR生物傳感的檢測方法主要有角度掃描、光強(qiáng)檢測和相位檢測等，其中相位 檢測的靈敏度較高。在相位檢測中，又有外差、馬赫-澤德干涉、空間調(diào)制與時(shí)域調(diào)制干涉 成像等方法，其中時(shí)域調(diào)制干涉成像法能實(shí)現(xiàn)的檢測通量更高。為此，本專利發(fā)明人已提出 了基于時(shí)域相位調(diào)制干涉的表面等離子體共振陣列生物傳感方法及系統(tǒng)(參見中國專利 號(hào)ZL200510086332. 7)，基本原理如圖1所示。光源101發(fā)出的平行光透過棱鏡102和折射 率匹配層103，入射到傳感芯片的玻璃基底104和鍍在其上的金膜105之間的界面上，金膜 的厚度為30-50nm，并從該界面反射。當(dāng)入射光位于共振角上時(shí)，激發(fā)金膜表面的等離子體 共振，使得從玻璃基底104和金膜105之間的界面上反射的光的相位隨金膜表面介質(zhì)折射 率的改變而劇烈變化。反射光透過折射率匹配層103、棱鏡102和一維擴(kuò)束鏡106后，射入 電光晶體107。電光晶體107由高壓調(diào)制電源108控制，可以在其上施加5種不同的電壓。 隨之，當(dāng)光通過電光晶體107后，反射光的P和S偏振分量之間就被附加上對(duì)應(yīng)的5個(gè)不同 相位差。調(diào)制后的光在通過偏振棱鏡109時(shí)，P偏振光和S偏振光發(fā)生干涉，干涉圖像經(jīng)成 像透鏡110后，成像在CXD 111上。CXD 111上圖像的采集與高壓調(diào)制電源108輸出的對(duì)4應(yīng)電壓同步，高壓調(diào)制電源108輸出5種不同的電壓為1個(gè)周期，對(duì)應(yīng)采集5幀圖像也為1 個(gè)周期。高壓調(diào)制電源108可以不斷循環(huán)輸出電壓，對(duì)應(yīng)的干涉圖像也可以持續(xù)循環(huán)采集。 接著，利用Hariharan算法，對(duì)在同一個(gè)周期中所采集的相鄰的5幀干涉圖像進(jìn)行解算，得 到即時(shí)反射光的相位變化。理論上，只需一個(gè)CCD的像素，利用這種方法就可檢測傳感芯片 上的一個(gè)傳感點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)很高通量的檢測。然而，當(dāng)在電光晶體107上施加高電壓時(shí)，隨之 會(huì)出現(xiàn)逆壓電效應(yīng)，造成電光晶體的結(jié)構(gòu)發(fā)生微尺度的變化，引起光路微小偏移，即光斑位 置移動(dòng)，直接產(chǎn)生測量誤差，難以達(dá)到高精度的要求。這是電光晶體固有的缺陷，無法彌補(bǔ)。 不僅如此，該方法是分時(shí)而不是同時(shí)采集5幀圖像，盡管間隔時(shí)間較短，然而也只能算“準(zhǔn) 實(shí)時(shí)”，而不是真正意義上的實(shí)時(shí)。這樣，生物反應(yīng)中的瞬時(shí)變化就很難捕捉到，這種變化卻 很可能是重要的生物信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種新的用于生物分子相互作用實(shí) 時(shí)檢測的干涉成像方法及系統(tǒng)，能夠高通量、高精度、實(shí)時(shí)、無標(biāo)記檢測蛋白質(zhì)芯片，獲取蛋 白質(zhì)分子之間以及蛋白質(zhì)與其它生物分子相互作用的信息。本發(fā)明提供了一種用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的干涉成像方法，其特征在 于，該方法是基于表面等離子體共振陣列生物傳感原理，光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直再通過偏振 棱鏡，并經(jīng)擴(kuò)束后射到傳感單元中；從傳感單元反射的光經(jīng)二分之一波片、成像鏡頭和偏振 分束棱鏡后，分成透射和反射2路光，該2路光的傳播方向正交，且同時(shí)分別干涉成像在2 臺(tái)CXD上，2路干涉圖像的相位差為180° ；計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)從2臺(tái)CXD上采集到相位差為180° 的2幀干涉圖像，通過解算該2幀干涉圖像，得到1張反映即時(shí)金膜表面的折射率分布信息 圖；不斷測量傳感單元中連續(xù)發(fā)生的反應(yīng)，得到一系列折射率分布隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)信息 圖。本發(fā)明具體包括以下步驟1)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)過光纖耦合和準(zhǔn)直后，再通過偏振器，得到偏振方向 可調(diào)的線偏振準(zhǔn)直光束；2)所述的線偏振準(zhǔn)直光束通過擴(kuò)束鏡后，入射到生物傳感單元中的傳感芯片的玻 璃基底與金膜之間的界面上，激發(fā)金膜上的表面等離子體共振，同時(shí)又從該界面反射；3)所述的反射光通過二分之一波片，該二分之一波片的快軸方向與S偏振方向成 22. 5°角，以便調(diào)整反射光的偏振狀態(tài)，接著通過成像鏡頭，由成像鏡頭將金膜表面成像；4)通過成像鏡頭的光又射入偏振分束棱鏡，經(jīng)過偏振分束棱鏡后被分成傳播方向 為正交的2路偏振光，同時(shí)每路偏振光均產(chǎn)生干涉，2路偏振光所產(chǎn)生的干涉圖像的相位差 為180°，分別投射在2臺(tái)CXD上，即將干涉圖像成像CXD上，2路偏振光的干涉圖像都包含 同一金膜表面的折射率分布信息；5)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集成像在2臺(tái)CXD上的干涉圖像，即相位差為180°的2幀圖像， 并進(jìn)行存儲(chǔ)與處理；6)計(jì)算機(jī)利用采集到相位差為180°的2幀干涉圖像，根據(jù)公式
計(jì)算出這2幀干涉圖像所反映的金膜表面折射率分布，即得到折射率分布信息 圖；式中，I0為其中一幀干涉圖像的灰度，I180為另一幀干涉圖像的灰度；7)生物反應(yīng)不斷進(jìn)行，計(jì)算機(jī)持續(xù)采集干涉圖像，實(shí)時(shí)解算所采集到的干涉圖像， 便得到一系列反映生物分子相互作用所對(duì)應(yīng)的折射率變化信息圖?；谏鲜龅恼凵渎首兓畔D，可從中解析出所檢測生物分子的特異性、親和力 以及動(dòng)力學(xué)常數(shù)等，提供給生物醫(yī)學(xué)專家用于疾病診斷或發(fā)現(xiàn)新藥靶與開發(fā)新藥。本發(fā)明還提供了一種基于上述方法的用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的干涉成 像系統(tǒng)，其特征在于包括產(chǎn)生準(zhǔn)直光的入射臂，接收準(zhǔn)直光并激發(fā)表面等離子體共振的 生物傳感單元，將從生物傳感單元射出的光分成正交的2路偏振光且分別干涉成像的反射 臂，以及包含獲取干涉圖像的2臺(tái)CCD和計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集處理單元；所述入射臂中的偏振激光準(zhǔn)直部分包括半導(dǎo)體激光器、依次設(shè)置在半導(dǎo)體激光 器出射光路中的單模光纖、激光準(zhǔn)直器、偏振棱鏡和擴(kuò)束鏡；所述半導(dǎo)體激光器的波長為600-900nm;所述入射臂中的擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍數(shù)為 2-8 倍。所述生物傳感單元利用表面等離子體共振的原理，包括接收從入射臂射出的光的 直角或梯形棱鏡，置于直角或梯形棱鏡底面的折射率匹配層，置于折射率匹配層下的傳感 芯片以及位于傳感芯片下面的流體池；該傳感芯片由玻璃基底以及鍍在該玻璃基底的下表 面上的30-50nm厚的金膜，其中棱鏡、折射率匹配層和傳感芯片玻璃基底的折射率相同；所 述的折射率匹配層為與棱鏡及傳感芯片玻璃基底折射率相同的折射率油膜。所述反射臂中包括設(shè)置在生物傳感單元出射光路中的二分之一波片、成像鏡頭和 偏振分束棱鏡，其中二分之一波片的快軸方向與S偏振方向成22. 5°角(以便于調(diào)整反射 光的偏振狀態(tài)；成像鏡頭將金膜表面成像，偏振分束棱鏡使從成像鏡頭射入的光分成傳播 方向正交且偏振方向正交的2路且產(chǎn)生干涉，同時(shí)還分別投射在2臺(tái)CXD上，即將金膜表面 的干涉圖像成像在C⑶上，2幀干涉圖像的相位差為180° )；所述信息采集處理單元包括2臺(tái)C⑶或CMOS以及與之相連的計(jì)算機(jī)；2臺(tái)CXD分 別正對(duì)著從偏振分束棱鏡正交射出的2路干涉偏振光，且CXD正好位于成像透鏡的焦面上 (即干涉圖像同時(shí)成像在2臺(tái)C⑶上；計(jì)算機(jī)從2臺(tái)CXD中實(shí)時(shí)采集到相位差為180°的 2幀干涉圖像，利用這2幀圖像計(jì)算出即時(shí)金膜表面的折射率分布，即為即時(shí)的金膜表面的 折射率分布信息圖)。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果本發(fā)明采集到的2幀干涉圖像是金膜表面同一時(shí)刻的實(shí)像，沒有任何時(shí)間差，實(shí) 現(xiàn)了真正意義上的實(shí)時(shí)獲取圖像，優(yōu)于任何移相調(diào)制干涉成像法。信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)是得到 的折射率變化的信息圖與初始的光強(qiáng)分布無關(guān)，避免了光強(qiáng)分布的不均勻性帶來的誤差， 同時(shí)還抑制光強(qiáng)漂移造成的測量誤差。生物分子相互作用不斷進(jìn)行，干涉圖像連續(xù)采集，折 射率變化分布圖實(shí)時(shí)得到，從而可以實(shí)時(shí)檢測或監(jiān)控生物分子相互作用。在整個(gè)系統(tǒng)中，無論是入射臂，還是反射臂，既沒有電光調(diào)制器件，更沒有運(yùn)動(dòng)元 件或部件，且在偏振分束棱鏡前都是共光路，穩(wěn)定可靠，有利于提高檢測靈敏度和可靠性， 這是本發(fā)明的最大特點(diǎn)。本發(fā)明提供的方法以及利用該方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，可以高通量、高精度、實(shí)時(shí)和無標(biāo)記檢測，獲取生物分子相互作用的信息，提供給生物醫(yī)學(xué)和藥物研究人員，進(jìn)行蛋白組學(xué)研 究、疾病診斷、藥物發(fā)現(xiàn)與開發(fā)等。


圖1為已有的一種SPR時(shí)域調(diào)制相位檢測原理示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施的用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的表面等離子體共振干涉 成像系統(tǒng)的示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施的C⑶結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施的檢測及信號(hào)處理過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的方法以及利用該方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說 明。本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖2所示，由生物傳感單元、入射臂、反射臂和信號(hào)采 集處理單元等四大部分組成。本發(fā)明所述的生物傳感單元為表面等離子體共振生物傳感 器，包括直角棱鏡206、傳感芯片208和置于傳感芯片與棱鏡之間的折射率匹配層207、傳感 芯片208的玻璃基底的下表面鍍有40nm厚的金膜209，以及位于傳感芯片208下面的流體 池210，傳感芯片208與流體池210緊貼且密封。本發(fā)明所述的入射臂位于生物傳感單元的一側(cè)，依次包括控溫半導(dǎo)體激光器201、 單模光纖202、激光準(zhǔn)直器203、偏振棱鏡204和擴(kuò)束鏡205，擴(kuò)束鏡與直角棱鏡206的入射 面平行。本發(fā)明所述的反射臂位于與入射臂相對(duì)應(yīng)的生物傳感單元的另一側(cè)，依次包含二 分之一波片211、成像鏡頭212和偏振分束棱鏡213，二分之一波片211與直角棱鏡206的 出射面平行。本發(fā)明所述的信號(hào)采集處理單元包含CXD 214和CXD 215，以及用于圖像采集和 數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)，CXD 214和CXD 215分別接收經(jīng)偏振分束棱鏡213分成的兩束光，圖像 采集和數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)分別與CXD 214和CXD 215的輸出端相連。本實(shí)施例的各部件的具體實(shí)現(xiàn)及工作原理在本發(fā)明所述的入射臂中，控溫半導(dǎo)體激光器201為DL-3148-025或其它型號(hào)，其 波長和功率分別為600-900nm和0. 5_10mW，在恒流電源的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)出光強(qiáng)穩(wěn)定的激光，光 經(jīng)格林透鏡耦合到單模光纖202中，并在單模光纖202中傳輸一段距離再進(jìn)入準(zhǔn)直器203， 通過其后即成為光斑為3-10mm的準(zhǔn)直光束。接著，又透過偏振棱鏡204，成為線偏振光，其 偏振方向可調(diào)。最后，線偏振光通過擴(kuò)束鏡205，被擴(kuò)束成直徑為10-50mm的準(zhǔn)直光束，直接 射到生物傳感單元中。在本發(fā)明所述的生物傳感單元中，棱鏡206與傳感芯片208的玻璃基底使用相同 的K9或ZF5玻璃，厚度為0. 8-3mm ；折射率匹配層207的折射率與棱鏡206和傳感芯片208 的玻璃基片折射率相同，折射率匹配層207為折射率油膜。傳感芯片208的玻璃基片的一 面鍍有30-50nm的金膜209，金膜209表面使用化學(xué)方法組裝一層親水的膜，用于偶聯(lián)探針 分子。流體池210與金膜209緊貼且密封，金膜209的表面成為流體池的一面壁。當(dāng)被檢7測的生物分子溶液從流體池中流過時(shí)，溶液中被分析的生物分子與固定在金膜表面的探針 分子耦聯(lián)即相互作用，引起金膜表面結(jié)構(gòu)改變，隨之對(duì)應(yīng)的折射率發(fā)生變化。準(zhǔn)直光束透過 棱鏡206、折射率匹配層207和傳感芯片208的玻璃基底，在玻璃基底和金膜209的界面發(fā) 生全反射。當(dāng)入射角為共振角時(shí)，入射光的能量由倏逝波耦合到金膜209中，激發(fā)金膜表面 等離子體共振。由生物傳感單元反射的光，通過反射臂上的二分之一波片211時(shí)，反射光的偏振 態(tài)得到調(diào)整，又經(jīng)成像鏡頭212后將金膜表面成像，再經(jīng)偏振分束棱鏡213，光被分成傳播 方向正交的2路，同時(shí)還分別產(chǎn)生干涉，2路干涉圖像的相位差為180°，成像在所對(duì)應(yīng)的 CXD 214或CXD 215的上，2臺(tái)C⑶上的干涉圖像為同一時(shí)刻金膜表面的實(shí)像。在本發(fā)明實(shí)施的信號(hào)采集處理單元中，計(jì)算機(jī)同時(shí)從CXD 214和CXD 215上采集 到相位差為180°的2幀干涉圖像后，根據(jù)公式(1)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到即時(shí)金膜表面上生 物分子相互作用時(shí)所對(duì)應(yīng)的折射率分布信息圖。本發(fā)明實(shí)施例的CXD工作過程如圖3所示，包括圖像傳感器CXD芯片1和CXD芯 片2分別將投射在其上的干涉圖像同時(shí)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。接著，這 2路數(shù)字信號(hào)先經(jīng)FPGA，再通過接口芯片，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，進(jìn)行處理或存盤。計(jì)算機(jī)可通 過接口芯片，將曝光時(shí)間、A/D芯片寄存器配置等參數(shù)傳送給FPGA芯片，前者控制CXD芯片 的曝光信號(hào)的產(chǎn)生，后者配置A/D芯片。FPGA芯片可產(chǎn)生C⑶水平和垂直時(shí)鐘，以及曝光和 幀同步信號(hào)，這些信號(hào)控制CCD驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓變換和功率放大，而后驅(qū)動(dòng)CCD芯片。同 時(shí)，F(xiàn)PGA芯片不僅要產(chǎn)生A/D采樣時(shí)鐘來控制A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，而且還要產(chǎn)生幀同步和像素 時(shí)鐘信號(hào)，傳送到接口芯片，控制同步采集過程。本實(shí)施例的檢測及信號(hào)處理過程如圖4所示。測量開始，由計(jì)算機(jī)同時(shí)讀入CCD 芯片1和C⑶芯片2傳感的相位差為180°的2幀干涉圖像。緊接著，根據(jù)公式[1]，計(jì)算 機(jī)對(duì)2幀干涉圖像進(jìn)行處理，計(jì)算得到1張反映金膜表面即時(shí)折射率分布信息圖。同時(shí)，也 可以根據(jù)需要選擇金膜表面上感興趣的傳感點(diǎn)，確定該點(diǎn)的即時(shí)折射率，繪制對(duì)應(yīng)的測量 曲線，便完成了一個(gè)操作周期。重復(fù)該過程，又可以得到1張新的反映金膜表面即時(shí)折射率 分布信息圖，這張信息圖相對(duì)前一張是變化了的，即與前一張的折射率分布不同。計(jì)算這2 張信息圖之間的差異，便可得到該傳感點(diǎn)上發(fā)生分子相互作用時(shí)引起的折射率變化。不斷 重復(fù)進(jìn)行，就可以實(shí)時(shí)檢測生物分子相互作用的全過程，并繪出或打印出該傳感點(diǎn)的折射 率隨時(shí)間變化的曲線，提供給生物醫(yī)學(xué)研究人員進(jìn)行相關(guān)解析，以便為臨床診斷、藥物發(fā)現(xiàn) 及開發(fā)服務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的干涉成像方法，其特征在于，該方法是基于 表面等離子體共振陣列生物傳感原理，將光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直再通過偏振棱鏡，并經(jīng)擴(kuò)束 后射到傳感單元中；從傳感單元反射的光經(jīng)二分之一波片、成像鏡頭和偏振分束棱鏡后，分 成透射和反射2路光，該2路光的傳播方向正交，且同時(shí)分別干涉成像在2臺(tái)CXD上，2路 干涉圖像的相位差為180° ；計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)從2臺(tái)C⑶上采集到相位差為180°的2幀干涉圖 像，通過解算該2幀干涉圖像，得到1張反映即時(shí)金膜表面的折射率分布信息圖；不斷測量 傳感單元中連續(xù)發(fā)生的反應(yīng)，得到一系列折射率分布隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)信息圖。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟1)半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光經(jīng)過光纖耦合和準(zhǔn)直后，再通過偏振器，得到偏振方向可調(diào) 的線偏振準(zhǔn)直光束；2)所述的線偏振準(zhǔn)直光束通過擴(kuò)束鏡后，入射到生物傳感單元中的傳感芯片的玻璃基 底與金膜之間的界面上，激發(fā)金膜上的表面等離子體共振，同時(shí)又從該界面反射；3)所述的反射光通過二分之一波片，該二分之一波片的快軸方向與S偏振方向成 22. 5°角，以便調(diào)整反射光的偏振狀態(tài)，接著通過成像鏡頭，由成像鏡頭將金膜表面成像；4)通過成像鏡頭的光又射入偏振分束棱鏡，經(jīng)過偏振分束棱鏡后被分成傳播方向?yàn)?正交的2路偏振光，同時(shí)每路偏振光均產(chǎn)生干涉，2路偏振光所產(chǎn)生的干涉圖像的相位差為 180°，分別投射在2臺(tái)CXD上，即將干涉圖像成像CXD上，2路偏振光的干涉圖像都包含同 一金膜表面的折射率分布信息；5)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集成像在2臺(tái)CCD上的干涉圖像，即相位差為180°的2幀圖像，并進(jìn) 行存儲(chǔ)與處理；6)計(jì)算機(jī)利用采集到相位差為180°的2幀干涉圖像，根據(jù)公式[1]A=ioil8G_ [！]I0+I180計(jì)算出這2幀干涉圖像所反映的金膜表面折射率分布，即得到折射率分布信息圖；式 中，Io為其中一幀干涉圖像的灰度，I180為另一幀干涉圖像的灰度；7)生物反應(yīng)不斷進(jìn)行，計(jì)算機(jī)持續(xù)采集干涉圖像，實(shí)時(shí)解算所采集到的干涉圖像，便得 到一系列反映生物分子相互作用所對(duì)應(yīng)的折射率變化信息圖。
3.一種基于上述方法的用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的干涉成像系統(tǒng)，其特征在 于包括產(chǎn)生準(zhǔn)直光的入射臂，接收準(zhǔn)直光并激發(fā)表面等離子體共振的生物傳感單元，將從 生物傳感單元射出的光分成正交的2路偏振光且分別干涉成像的反射臂，以及包含獲取干 涉圖像的2臺(tái)CCD和計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集處理單元；所述入射臂中的偏振激光準(zhǔn)直部分包括半導(dǎo)體激光器、依次設(shè)置在半導(dǎo)體激光器出 射光路中的單模光纖、激光準(zhǔn)直器、偏振棱鏡和擴(kuò)束鏡；所述生物傳感單元包括接收從入射臂射出的光的直角或梯形棱鏡，置于直角或梯形 棱鏡底面的折射率匹配層，置于折射率匹配層下的傳感芯片以及位于傳感芯片下面的流體 池；該傳感芯片由玻璃基底以及鍍在該玻璃基底的下表面上的30-50nm厚的金膜，所述棱 鏡、折射率匹配層和傳感芯片玻璃基底的折射率相同；所述反射臂中包括設(shè)置在生物傳感 單元出射光路中的二分之一波片、成像鏡頭和偏振分束棱鏡，該二分之一波片的快軸方向 與S偏振方向成22. 5°角；所述信息采集處理單元包括2臺(tái)CCD或CMOS以及與之相連的計(jì)算機(jī)；2臺(tái)CCD的接收 面分別與從偏振分束棱鏡正交射出的2路干涉偏振光垂直，且CCD位于成像透鏡的焦面上。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器的波長為600-900nm；所 述入射臂中的擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍數(shù)為2-8倍。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的折射率匹配層為與棱鏡及傳感芯片 玻璃基底折射率相同的折射率油膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生物分子相互作用實(shí)時(shí)檢測的干涉成像方法及其系統(tǒng)，屬于生物技術(shù)領(lǐng)域；該方法包括光源發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直、偏振，并經(jīng)擴(kuò)束后射到傳感單元中；從傳感單元反射的光經(jīng)二分之一波片、成像鏡頭和偏振分束棱鏡后，分成傳播方向正交的透射和反射2路光，且成像在2臺(tái)CCD上；計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集2幀干涉圖像，通過解算，得到1張折射率分布信息圖；不斷測量傳感單元，得到一系列折射率分布隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)信息圖。該系統(tǒng)包括產(chǎn)生準(zhǔn)直光的入射臂，接收準(zhǔn)直光并激發(fā)表面等離子體共振的生物傳感單元，以及采集處理單元；本發(fā)明能夠高通量、高精度、實(shí)時(shí)、無標(biāo)記檢測蛋白質(zhì)芯片，獲取蛋白質(zhì)分子之間以及蛋白質(zhì)與其它生物分子相互作用的信息。
文檔編號(hào)G01N21/45GK102042972SQ20101052378
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者余興龍, 張瑋, 王大千, 羅昭鋒, 鄧焱 申請人:清華大學(xué)