专利名称：光学表面等离子共振生物传感器双通道多自由度调整机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学表面等离子共振(Surface ρlasmon resonance, SPR)生物传感器领域，具体涉及一种光学sra生物传感器多自由度调整机构。
背景技术：
近 ο年来，光学sra生物传感技术在实现方式、仪器开发和应用领域的拓展上都获得了迅猛的发展。光学SPR生物传感器的检测机理如下将生物分子的识别膜固定在光学SPR传感器Au膜表面，分子识别膜捕捉被测的分析物，致使传感器Au膜表面的折射率变化，因此无需标记分子就可直接进行测试，实现非破坏性的实时在线检测。光学SPR生物传感器按激发表面等离子波的本体不同，有光学棱镜型、光波导型、光栅型等，按光调制的方式不同以有强度调制型、波长调制型和相位调制型等，光纤sra生物传感器可以检测附着上光纤表面微小变化的样品，具有很高的灵敏度，适用于定量测定样品溶液中的微量生物和化学物质。近些年来，光学sra生物分析仪的便携化和微型化是一个新兴的研究热点，便携式光学sra生物分析仪如果仍采用传统的更换芯片方法，则使操作十分困难，便携式光学sra生物分析仪要求整体更换带有Au膜的生物芯片组件。光学sra生物传感器由一套光学检测系统和生物传感器本体构成，单一的生物传感器由在玻璃基板表面生长50nm的 Au膜和生物耦联膜组成。生物传感器表面的50nm Au膜和生物敏感膜是光学SI3R生物传感器的关键，在实际应用中，生物敏感膜随受感测次数的增加而功能退化，进而难以对被测样品产生正确的信号响应。在使用时，光学sra生物传感器中的Au膜、生物耦联膜(生物芯片)与光学表面等离子波产生本体是不可分离的，这时就需要将生物传感器一起更换。如中国专利文献CN101539570A中公开了一种光学SI3R生物芯片、传感器与微流池的耦合装置，但该装置只能耦合利用国外进口的集成式生物传感器，导致仪器整体造价高昂，势必增加用户的使用、维护成本，难以得到普及应用；CN102095684A中公开了一种光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，但其激光器光源是固定的，且仅有一个检测通道，入射光可调整的角度范围有限，难以满足不同物质成分的检测需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光学sra生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，利用本装置可快速方便地更换生物芯片组件(Au膜、生物耦联膜和光学表面等离子波产生本体)，可以大幅度降低光学sra传感器的制造、使用维护成本，且检测精度大为提高。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是设计一种光学SPR(表面等离子共振)生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，包括生物芯片组件调节单元、光路调节单元、角度调节单元及支撑导向单元，所述生物芯片组件调节单元包括V型上下定位棱镜托架、定位块及调节压紧机构，所述支撑导向单元包括上横梁、下横梁、底座及安装在底座两侧边上的立板，所述光路调节单元包括激光器摆架、CCD摆架，所述激光器摆架上安装有激光器、旋转反射镜及光线分束组件，所述CCD摆架上安装有CCD图像传感器，所述角度调节单元包括升降组件、转动支臂、传动轴及驱动装置，所述传动轴安装在所述支撑导向单元中，其上端活动连接于所述下横梁上，其下端活动接于所述底座并接其驱动装置，所述激光器摆架、CCD摆架对称的分布在所述传动轴两侧， 二者上端经由共同的转轴活动连接在所述支撑导向单元的顶部，所述升降组件套装在所述传动轴上，两者螺接配合传动，该升降组件经由对应的转动支臂分别连接于所述激光器摆架、CCD摆架的中、下部；所述转动轴在驱动装置的驱动下，带动所述升降组件完成升降行程的同时，经由对应的转动支臂推动所述激光器摆架和CCD摆架形成一定的夹角范围，并使所述激光器、CXD图像传感器与生物芯片组件之间形成对应的两个检测光路通道。所述生物芯片组件调整单元从下至上包括安装在所述支撑导向单元中的上横梁上的双棱镜托架、契合于双棱镜托架的Au膜棱镜、微流池及共用的压块、压块耦合架、拉杆及拉杆调节装置，所述拉杆下端连接固定于所述压块耦合架，所述拉杆调节装置含有弹簧、 弹簧卡位帽、固定螺帽、安装在拉杆上端的顶板、升降调节凸轮，所述弹簧、弹簧卡位帽依次套装在所述拉杆的下部，所述水平支板、固定螺帽由下至上依次套装在所述弹簧卡位帽外侧，且该水平支板一端固定在所述支撑板上，所述升降调节凸轮通过凸轮转轴安装于前支板上，且使其与所述顶板相匹配调节拉杆的升降，所述前支板安装在所述水平支板上，所述凸轮转轴一端设置有调节手柄，调节所述升降调节凸轮、弹簧卡位帽及固定螺帽的相对位置，能使微流池分别与双棱镜托架中的两个Au膜棱镜紧密契合。所述光线分束组件包括前置透镜、分束镜、并列安装于双透镜架中的后置双透镜， 所述前置透镜将接收到的所述旋转反射镜的反射光变为平行光，经所述分束镜分成双束平行光，该双束平行光经所述后置双透镜聚焦后分别投射至所述生物芯片组件中的对应的三棱镜中，形成两路检测光线。所述激光器摆架和CXD摆架对称分布于竖直转轴两侧，其转动支臂与铅垂线的摆动夹角为40° 80°所述转动支臂上部分为螺纹轴转动支臂，可调节支臂的长短，转动支臂下部分为光轴，与下套臂紧密转动配合。在所述升降组件中设置有限位导向杆，在所述支撑架两侧立板上设置有竖直的导向槽，所述限位导向杆两端与两侧的导向槽紧密滑动配合。所述旋转反射镜的转速为1800 2200rpm。在所述CXD摆架上设置有透镜焦距位置调节装置，用于CXD图像传感器的对焦微调。所述驱动装置为步进电机。本发明具有积极有益的效果1.本发明结构设计精巧，定位准确方便调整激光器、生物芯片组件和CXD三者之间光路的一致性；方便调节微流池与生物芯片组件之间的压力，使用微流池与Au膜紧密接触，既防止样品溶液泄漏又防止因压力过大而损伤Au膜；方便提升微流池，且微流池提升与复位后，能够保持微流池与生物芯片组件准确定位；2.生物芯片组件中包括了 Au膜、生物耦联膜和光学表面等离子波产生本体，解决了仅更换带有玻璃基板的生物芯片而引起的调试困难、折射率难以匹配的问题，提高了生物传感器的分析精度，同时也大幅度降低光学SI^R传感器的使用维护成本；3.本发明机构采用的角度调整机构和双光路系统，能有效提高仪器测定的准确性、重现性和效率；4.本机构使用生物芯片的更换能够在Imin内完成，大大缩短光学SI5R生物传感器调整时间；5.操作使用(更换芯片)简便，不要求实验人员具有很高的操作技巧。
图1为一种光学SPR生物传感器多自由度调整机构的立体结构示意图；图2为图1的另一角度的立体结构示意图(去掉一侧立板)；图3为图1的又一角度的立体结构示意图(去掉一侧立板)。图中1为激光器摆，2为旋转反光镜，3为前置透镜，4为分束镜，5为双透镜架，6为导轨，7、10为棱镜托架，8、9为Au膜棱镜，11为CXD摆架，12为激光器，13,21为立板，14为导向槽，15为底座，16为反射镜，17为上横梁，18为下横梁，19为传动轴，20为升降组件，22 为限位导向杆，23为CXD图像传感器，24为压块，25为压块耦合架，26为前支板，27为调节手柄，28为凸轮转轴，四为凸轮，30为拉杆，31为顶板，32为弹簧卡位帽，33为水平支板，34 为弹簧，35为上支臂，36为限位旋钮，37为下套臂，38为支撑块，39为导向块，40为限位块， 41为限位板，42为滑板，43为调节钮。
具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐述本发明，但并非是对本发明保护范围的限定。实施例1 一种光学SI3R生物传感器多自由度调整机构，参见图1、图2、图3，包括生物芯片组件调节单元、光路调节单元、角度调节单元及位于所述生物芯片组件调节单元下方的导向支撑单元，该导向支撑单元包括上横梁17、下横梁18、底座15及安装在底座两侧边上的立板13、21 ；所述光路调节单元包括激光器摆架1、C⑶摆架11，角度调节单元包括升降组件20、转动支臂、传动轴19及其步进电机(图中未画出)，激光器摆架1上安装有激光器12、旋转反射镜2 (转速为2000rpm)及光线分束组件，该光线分束组件包括前置透镜3、 分束镜4、反光镜16、并列安装于双透镜架5中的后置双透镜，前置透镜3将接收到的旋转反射镜2的反射光变为平行光，经分束镜4分成双束平行光，该双束平行光经后置双透镜聚焦后分别投射至生物芯片组件中的对应的棱镜8、9中，形成两路检测光线，C⑶摆架11上安装有CXD图像传感器23，在CXD摆架11上设置有由滑板42、调节钮43等构成的透镜焦距位置调节装置，用于CXD图像传感器的对焦微调；传动轴19安装在导向支撑单元中，其上端活动连接于下横梁18上，其下端活动接于底座15并接步进电机，激光器摆架1、CCD摆架 11对称的分布在传动轴19两侧，二者上端经由共同的转轴活动连接在支撑单元的顶部，所述升降组件20套装在传动轴19上，两者螺接配合传动，该升降组件20经由对应的转动支臂分别连接于激光器摆架1、CCD摆架11的中下部；转动轴19在驱动步进电机的驱动下， 带动升降组件20完成升降行程的同时，经由对应的转动支臂推动激光器摆架1和CCD摆架 11形成一定的夹角范围(80° 160° )，并使激光器12、C⑶图像传感器23与生物芯片组件之间形成对应的两个检测光路通道。转动支臂包括上支臂35和相配合的下套臂37，上支臂35上半部分为螺纹轴，可调节转动支臂的长短，下半部分为光轴，与下套臂37紧密转动配合，在上支臂35上还设置有限位旋钮36。在升降组件20中设置有限位杆22，在支撑导向单元的两侧立板13、21上分别设置有相应的竖直的导向槽14，限位导向杆22两端与两侧的导向槽紧密滑动配合。所述生物芯片组件调整单元从下至上包括安装在所述支撑架上横梁17上的双棱镜托架7、10、契合于Au膜棱镜8、9上的微流池及其压块M、压块耦合架 25、拉杆30及拉杆调节装置，拉杆30下端连接固定于压块耦合架25，拉杆调节装置含有弹簧34、弹簧卡位帽32、固定螺帽、安装在拉杆30上端的顶板31、升降调节凸轮四，弹簧34、 弹簧卡位帽32依次套装在拉杆30的下部，水平支板33、固定螺帽由下至上依次套装在所述弹簧卡位帽32外侧，且该水平支板33 —端固定在所述支撑板上，所述升降调节凸轮四通过凸轮转轴观安装于前支板上，且使其与顶板31相匹配调节拉杆30的升降，所述前支板安装在所述水平支板33上，凸轮转轴观一端设置有调节手柄27，调节凸轮四、弹簧卡位帽 32及固定螺帽的相对位置，能使微流池分别与双棱镜托架7、10中的两个Au膜棱镜8、9紧密契合。微流池是由耐腐蚀的弹性材料制成的两通道微流池。压块M呈“工”字形，且与压块耦合架25契合地封压住微流池。上述光学SPR生物传感器双光路并行微流池角度调制机构的操作使用方法①顺时针转动调节手柄27 (转90° )，调节手柄27通过凸轮转轴观，带动升降调节凸轮四顺时针转动，顶起顶板31，从而提升拉杆30，逆时针转动调节手柄27 (转90° )， 调节手柄27通过凸轮转轴观，带动升降调节凸轮四也逆时针转动，拉杆30在其下部弹簧 34的作用下，上下滑动。②依次在横架上沿导向块放入定位块和装有Au膜棱镜8、9的棱镜托架7、10。③逆时针转动调节手柄27 (转90° )，拉杆30下降，微流池与Au膜棱镜8、9之间压紧接触。如果微流池与Au膜棱镜8、9之间的压紧力不合适，调节固定螺帽直到压力合适。④启动步进电机。步进电机是为了改变入射角而设计的，随着入射角的变化，CCD监测反射光光强随角度变化的曲线。入射角改变范围80° 40°。点击启动步进电机按钮，角度扫描开始， 保存角度扫描曲线。改变上述实施例中的各个具体的结构尺寸参数，或者部件的等同替换等，可形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
权利要求
1.一种光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，包括生物芯片组件调节单元、光路调节单元、角度调节单元及支撑导向单元，所述生物芯片组件调节单元包括V型上下定位棱镜托架、定位块及调节压紧机构，所述支撑导向单元包括上横梁、 下横梁、底座及安装在底座两侧边上的立板，其特征在于，所述光路调节单元包括激光器摆架、CCD摆架，所述激光器摆架上安装有激光器、旋转反射镜及光线分束组件，所述CCD摆架上安装有CCD图像传感器，所述角度调节单元包括升降组件、转动支臂、传动轴及驱动装置，所述传动轴安装在所述支撑导向单元中，其上端活动连接于所述下横梁上，其下端活动接于所述底座并接其驱动装置，所述激光器摆架、CCD摆架对称的分布在所述传动轴两侧， 二者上端经由共同的转轴活动连接在所述支撑导向单元的顶部，所述升降组件套装在所述传动轴上，两者螺接配合传动，该升降组件经由对应的转动支臂分别连接于所述激光器摆架、CCD摆架的中、下部；所述转动轴在驱动装置的驱动下，带动所述升降组件完成升降行程的同时，经由对应的转动支臂推动所述激光器摆架和CCD摆架形成一定的夹角范围，并使所述激光器、CXD图像传感器与生物芯片组件之间形成对应的两个检测光路通道。
2.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，所述生物芯片组件调整单元从下至上包括安装在所述支撑导向单元中上横梁上的双棱镜托架、契合于双棱镜托架的Au膜棱镜、及微流池和压块、压块耦合架、拉杆及拉杆调节装置，所述拉杆下端连接固定于所述压块耦合架，所述拉杆调节装置含有弹簧、弹簧卡位帽、固定螺帽、安装在拉杆上端的顶板、升降调节凸轮，所述弹簧、弹簧卡位帽依次套装在所述拉杆的下部，所述水平支板、固定螺帽由下至上依次套装在所述弹簧卡位帽外侧，且该水平支板一端固定在所述支撑板上，所述升降调节凸轮通过凸轮转轴安装于前支板上，且使其与所述顶板相匹配调节拉杆的升降，所述前支板安装在所述水平支板上， 所述凸轮转轴一端设置有调节手柄，调节所述升降调节凸轮、弹簧卡位帽及固定螺帽的相对位置，能使微流池分别与双棱镜托架中的两个Au膜棱镜紧密压合。
3.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，所述光线分束组件包括前置透镜、分束镜、并列安装于双透镜架中的后置双透镜，所述前置透镜将接收到的所述旋转反射镜的反射光变为平行光，经所述分束镜分成双束平行光，该双束平行光经所述后置双透镜聚焦后分别投射至所述生物芯片组件中的对应的三棱镜中，形成两路检测光线。
4.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，所述激光器摆架和CCD摆架对称分布于竖直转轴两侧，其转动支臂与铅垂线的摆动夹角为40° 80°。
5.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，所述转动支臂上半部分为螺纹轴，可调节转动支臂的长短，下半部分为光轴，与下套臂紧密转动配合。
6.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，在所述支撑导向单元中设置有限位导向杆，在所述支撑架两侧立板上设置有竖直的导向槽，所述限位导向杆两端与两侧的导向槽紧密滑动配合。
7.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，所述旋转反射镜的转速为1800 2200rpm。
8.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，在所述CCD摆架上设置有透镜焦距位置调节装置，用于CCD图像传感器的对光微调。
9.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器双光路并行微流池角度调制机构，其特征在于，所述驱动装置为步进电机。
全文摘要
本发明涉及一种光学SPR生物传感器多自由度调整机构。其包括生物芯片组件调节单元、光路调节单元、角度调节单元及支撑导向单元，光路调节单元包括激光器摆架、CCD摆架，角度调节单元包括升降组件、转动支臂、传动轴及驱动装置，转动轴在驱动装置的驱动下，带动升降组件完成升降行程的同时，经由对应的转动支臂推动激光器摆架和CCD摆架形成一定的夹角范围，并使激光器、CCD图像传感器与生物芯片组件之间形成对应的两个检测光路通道。本发明操作方便、定位准确、测试精度高；解决了仅更换带有玻璃基板的生物芯片而引起的调试困难、折射率难以匹配的问题，提高了生物传感器的分析精度，同时也大幅度降低光学SPR传感器的使用维护成本。
文档编号G01N21/41GK102410989SQ20111036309
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者李会芹, 胡建东, 胡枫江, 陈阳, 魏文松 申请人:河南农业大学