专利名称：高通量多参数图像表面等离子体谐振测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测技术领域，是一种新型高通量、多参数、图像表面等离子体谐振(SPR)测试仪。
背景技术：
目前国内外表面等离子体谐振(SPR)测试仪通常都是一个通道，每次只测试一个参数，多通道表面等离子体谐振(SPR)测试仪(目前报导BiaCore公司产品最多只有四通道，据文献报导有9通道系统)，每个通道也只测量一个参数，而且不是同时给出多参数的测量结果，最近出现阵列化表面等离子体谐振(SPR)芯片，但是测试结果只是定性结果，尚未见给出多参数定量测试结果。
发明内容
本发明提出一种新型高通量多参数图像表面等离子体谐振(SPR)测试仪，采用了多阵列单元表面等离子体谐振(SPR)芯片、高分辨率CCD图像检测和机械手自动进样系统，实现高通量和多参数表面等离子体谐振(SPR)定量测试，这种新型表面等离子体谐振(SPR)测试仪器国外、国内未见报导。
本发明还有一些重要特点采用了大面积平行光路系统、高分辨率CCD图像采集系统、阵列化单元表面等离子体谐振(SPR)芯片和配套反应池系统、机械手自动取样及注射泵连续注入系统，并配以系统操作、信息采集及数据处理等软件，实现高通量、多参数、自动化检测。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种高通量多参数图像表面等离子体谐振测试仪，包括光学系统、图像采集系统、机械扫描系统、阵列多单元表面等离子体谐振芯片及反应测试池、自动采样进样流通系统以及系统操作控制、数据采集处理软件系统；其包括测试仪基座、光学平台、连杆组、滑块、导轨、螺杆、电机、传感器、光源、CCD图像采集器件和光学棱镜的光、机、电一体化机械扫描和信息采集系统，机械扫描结构为立式菱形杠杆同步扫描结构；在正三角形光学棱镜的水平上平面上，设有阵列表面等离子体谐振芯片和微测量池，两者水平叠置，微测量池在谐振芯片上方，微测量池上连有输入管和输出管，输入管和输出管的另一端与自动进样系统相连通；微测量池中设有至少一条通道流通池；光学系统、机械扫描系统、数据采集系统、自动进样系统分别与嵌入式微控制器电连接，微控制器又通过RS232端口与计算机相连，计算机预装有信息采集处理软件和系统操作控制软件，操控测试仪，进行机械运动扫描角度调制，或固定夹角内角度调制，或定点监测光强变化测试；并可采用图像采集信号，配以全自动采样进样系统，实现多参数定量测试，高通量检测。
所述的等离子体谐振测试仪，其所述光学系统和图像采集系统，采用平行的大面积光束和CCD或多单元阵列光电二极管检测。
所述的等离子体谐振测试仪，其所述阵列多单元表面等离子体谐振芯片，为单通道阵列多单元芯片，或为多通道阵列多单元阵列芯片，以与微测量池相适配；阵列多单元表面等离子体谐振芯片上，设有参考单元。
所述的等离子体谐振测试仪，其所述微测量池，是用PDMS硅橡胶或其他密封材料制作的密封微测试池。
所述的等离子体谐振测试仪，其所述全自动采样进样系统，配有机械手自动取样和注射泵驱动进样，从96孔或384孔标准样品盒中按照规定程序选择样品，并顺序加入微测量池中，从而实现高通量和多参数定量检测。
本发明装置不仅具有表面等离子体谐振(SPR)生化分析技术的独特优点样品无需标记和纯化，可检测混浊或不透明的液体样品，可以实时动态检测等，而且这种扫描结构谐振角调制范围宽，分辨率高，可以对气、液不同状态的样品进行检测及采用定点光强检测工作模式，为一般表面等离子体谐振(SPR)测试仪所不具备。特别是该装置采用阵列芯片和CCD图像信息采集、实现多参数、多组分样品定量检测，是本发明的突出创新，是对目前表面等离子体谐振(SPR)测试仪功能的重大发展；系统又配置了机械手自动采样进样系统，实现了高通量全自动化检测，具有更加先进的测试技术和更加广泛的应用领域。
图1.是本发明立式菱形机械扫描结构示意图；图2.是本发明高通量、多参数图像表面等离子体谐振(SPR)测试仪的系统组成原理框图；图3. 是本发明系统光路及流通系统结构示意图；图4.是本发明高通量、多参数图像表面等离子体谐振(SPR)测试仪样机照片；图5.是本发明表面等离子体谐振(SPR)阵列芯片及微流通池照片；图6.是本发明不同结构的微测量池示意图；图6a为单通道流通池示意图；图6b为多通道流通池示意图；图7、是本发明采用15单元阵列表面等离子体谐振(SPR)芯片时，其中一列5个测试数据的曲线图；其中曲线1、2固定人IgG敏感膜阵列单元的响应曲线；曲线3参考通道的响应曲线；曲线4、5固定兔IgG敏感膜阵列单元的响应曲线。
具体实施例方式
如图1所示，是本发明立式菱形杠杆同步扫描结构示意图，是在本发明人授权专利ZL.98102366.5的基础上，保持原专利菱形扫描机构原理，即表面等离子体谐振(SPR)角调制原理而采用的机械扫描结构，但变原卧式结构为立式结构。
本发明立式菱形杠杆同步扫描结构，包括测试仪基座1、光学平台2、连杆组3、滑块4、导轨5、螺杆6、电机7、传感器8、光源9、CCD图像采集器件10和光学棱镜11。板状测试仪基座1垂直设置，其侧面上端水平固设光学平台2，正三角形的光学棱镜11固定设于光学平台2的侧面，其一角垂直向下，处于垂直中轴线上。连杆组3包括四根等长的臂，四根等长的臂顺序首尾可活动的相固接，其一接点固定于光学平台2的侧面，位于光学平台2与光学棱镜11之间的垂直中轴线上，另一相对的接点固定于滑块4上，也位于垂直中轴线上。滑块4左右两侧与基座1上垂直设置的两根导轨5动连接；螺杆6位于垂直中轴线上，从滑块4的垂直中心孔穿过，且与滑块4的中心孔动连接，螺杆6的下端与电机7转轴的上端固接；电机7转轴的下端与角位移传感器8固接；电机7转轴位于垂直中轴线上。角位移传感器8采用了高分辨率编码器精确计数定位，从而可以提高谐振角微小变化的精确测量，有很高的角度分辨率。
连杆组3左侧上臂上，固接有光源9。如图3所示，光源9包括半导体激光器91和透镜组92，透镜组92含有数个镜片，激光器91发出的光经过透镜组92后成平行光输出，正照射在棱镜11的左斜面上。
连杆组3右侧上臂上，固接有CCD图像采集器件10。如图3所示，激光器91发出的平行光，经反射后由棱镜11的右斜面射出，正照射在CCD图像采集器件10的入射口。
由于采取上述结构系统，可以看出当立式菱形机械结构扫描时，带动安装在其臂上的平行光激光器91发射光束同步扫描，是以不同的角度入射到棱镜11上，实现角度调制；当机械结构停止在某一特定入射角度时，如果采用的具有一定角度范围的楔形汇聚光束，面阵CCD器件10上也接收到楔形角度的光强信息，从而无需机械扫描即可实现角度调制；当机械结构停止在某一特定入射角度时，如果采用平行光激光器91，面阵CCD器件10将实时检测固定入射角度的光强信息，从而实现固定角度的光强连续检测。
面阵CCD器件10，也可改用多单元阵列光电二极管。
如图3所示，是本发明系统光路及流通系统结构示意图。在正三角形光学棱镜11的水平上平面上，设有阵列表面等离子体谐振(SPR)芯片12和微测量池13，两者水平叠置，微测量池13在谐振芯片12上方，微测量池13上连有输入管131和输出管132(请参照图5)，输入管131和输出管132的另一端与自动进样系统14相连通，自动进样系统14含有机械手，可实现高通量和多参数表面等离子体谐振(SPR)定量测试。
这种设计，不仅保持了表面等离子体谐振(SPR)测试仪具有大角度调试谐振范围，可使微测量池13水平放置，更便于操作的习惯性和更便于微测量池13的密封。微测量池13是用PDMS硅橡胶或其他密封材料制造的。
本发明采用阵列化多单元结构的表面等离子体谐振(SPR)芯片12，并配有不同结构的微测量池13，如图6所示。其中，图6(1)为具有单通道流通池的微测量池13；图6(2)为具有多通道流通池的微测量池13，多通道数目可根据需要设计、制造，不局限于图例中画出的四通道。
单通道微测量池13和多通道微测量池13与相应的阵列芯片12相对应，因此同时可以测试十几种、几十种、甚至上百种单元的信息；在阵列芯片上，可设置某些单元表面进行特殊的表面修饰，作为系统检测的参考单元，从而可以消除温度、光源波动等干扰因素带来的影响，提高系统检测的灵敏度。系统配有机械手自动取样和注射泵驱动进样，可以从96孔或384孔标准样品盒中按照规定程序选择样品，并顺序加入微测量池中，从而实现高通量和多参数定量检测。
如图2所示，是本发明的系统组成框图。系统包括光学系统、机械扫描系统、数据采集系统、自动进样系统，以上各系统分别与嵌入式微控制器电连接，微控制器又通过RS232端口与计算机相连，计算机予装有信息采集处理软件和系统操作控制软件，应这两种软件是已有技术，在此不做赘述。
光学系统包括光源9、CCD图像采集器件10、正三角形光学棱镜11；机械扫描系统，可进行位置检测、速度控制和定位；数据采集系统，由角位移传感器8进行角度采样，由CCD图像采集器件10作多阵列单元图像信息采样，并进行参数设定；自动进样系统，通过机械手、进样阀、注射泵向阵列表面等离子体谐振(SPR)芯片12和微测量池13内定量输送待测样品，进行定量测试，构成完整的光、机、电和生化一体的测试系统。
系统操作控制软件可根据要求和运行状态确定机械扫描运动结构的运行速度和方向，以平行光束通过棱镜入射到阵列芯片上，既可实现调制谐振角度扫描，也可以实现一定角度下光强变化测试的两种工作模式。检测的采样率和样本数是可控的。
图4所示为本发明装置一个实例，为高通量多参数图像表面等离子体谐振(SPR)生化测试仪的照片；图5所示为本发明装置采用的表面等离子体谐振(SPR)阵列芯片12及测试池一个实例照片；图7所示为采用本发明装置测试一个测试数据曲线实例，阵列为3×5芯片的其中一列5个测试数据曲线。在这些单元中，可按照要求设计某些单元为参比单元，将测试结果与参比值比对差分，可消除温度和噪声等外界干扰，进一步提高测试可靠性和准确性。
权利要求
1.一种高通量多参数图像表面等离子体谐振测试仪，包括光学系统、图像采集系统、机械扫描系统、阵列多单元表面等离子体谐振芯片及反应测试池、自动采样进样流通系统以及系统操作控制、数据采集处理软件系统；其特征在于，还包括测试仪基座、光学平台、连杆组、滑块、导轨、螺杆、电机、传感器、光源、CCD图像采集器件和光学棱镜的光、机、电一体化机械扫描和信息采集系统，机械扫描结构为立式菱形杠杆同步扫描结构；在正三角形光学棱镜的水平上平面上，设有阵列表面等离子体谐振芯片和微测量池，两者水平叠置，微测量池在谐振芯片上方，微测量池上连有输入管和输出管，输入管和输出管的另一端与自动进样系统相连通；微测量池中设有至少一条通道流通池；光学系统、机械扫描系统、数据采集系统、自动进样系统分别与嵌入式微控制器电连接，微控制器又通过RS232端口与计算机相连，计算机预装有信息采集处理软件和系统操作控制软件，操控测试仪，进行机械运动扫描角度调制，或固定夹角内角度调制，或定点监测光强变化测试；并可采用图像采集信号，配以全自动采样进样系统，实现多参数定量测试，高通量检测。
2.如权利要求1所述的等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述光学系统和图像采集系统，采用平行的大面积光束和CCD或多单元阵列光电二极管检测。
3.如权利要求1所述的等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述阵列多单元表面等离子体谐振芯片，为单通道阵列多单元芯片，或为多通道阵列多单元阵列芯片，以与微测量池相适配；阵列多单元表面等离子体谐振芯片上，设有参考单元。
4.如权利要求1所述的等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述微测量池，是用密封材料制作的密封微测试池。
5.如权利要求4所述的等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述密封材料，为PDMS硅橡胶。
6.如权利要求1所述的等离子体谐振测试仪，其特征在于，所述全自动采样进样系统，配有机械手自动取样和注射泵驱动进样，从96孔或384孔标准样品盒中按照规定程序选择样品，并顺序加入微测量池中，从而实现高通量和多参数定量检测。
全文摘要
一种高通量多参数图像表面等离子体谐振测试仪，涉及检测技术，为立式菱形杠杆同步扫描结构；在正三角形光学棱镜的水平上平面上，设有阵列表面等离子体谐振芯片和微测量池，两者水平叠置，微测量池在谐振芯片上方，微测量池由输入管和输出管与自动进样系统连通；微测量池中设有至少一条通道流通池；光学系统、机械扫描系统、数据采集系统、自动进样系统分别与嵌入式微控制器电连接，微控制器与计算机相连，计算机预装信息采集处理软件和系统操作控制软件，操控测试仪，可进行机械运动扫描角度调制，或固定夹角内角度调制，或定点监测光强变化等三种工作模式测试；并采用图像采集信号，配以全自动采样进样系统，实现多参数定量测试，高通量检测。
文档编号G01N21/55GK101046446SQ20061006654
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月30日 优先权日2006年3月30日
发明者崔大付, 蔡浩原, 王军波, 李亚亭, 梁金庆, 刘长春, 王于杰, 郑自攀 申请人:中国科学院电子学研究所