一种spr检测系统及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于生物检测技术领域，更具体地，涉及一种SPR检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]SPR(Surface Plasmon Resonance，表面等离子体共振)技术可以用于分子识别，特异性反应，分子间反应的动力学参数测量等等，具有广泛应用。光谱诊断SPR技术具有大的动态范围、高灵敏度以及涉及的光机电设备成熟，因此，引起了国内外学者广泛研究。但是，SPR共振波长位置无法直接准确测量，由于对应强度理上可以等于零，在其附近的区域值基本淹没在噪声中，而且SPR技术的灵敏度对光谱分辨能力特别敏感，通常要求对光谱位置分辨能力达到0.0lnm。而且，随着传感表面分子间动态的相互作用，共振波长将发生移动，移动大小与反应分子浓度和分子量大小有关，对于普通蛋白分子如IgG，浓度为5ug/ml，移动范围约2-3nm，反应时间约5分钟。为了测得共振波长随反应时间变化曲线，S卩SPR光谱曲线，通常要求时间分辨率小于1秒。特别的，实际通常需要对整个二维传感面进行并行高通量测量，由于传感面不同位置差异会导致各个位点的共振波长不同，因此，如何在1秒内能够对整个传感芯片的各个位点同时进行SPR共振波长进行快速诊断是光谱诊断SPR技术的瓶颈。
[0003]目前，有两种SPR诊断方法，一种是牺牲时间，获取高通量测量;另一种是牺牲测量通量，获取高时间分辨。前者采用单色仪扫描入射光波长，利用CCD相机等二维探测器同步记录每个波长下光强度，随着入射波长扫描，一系列强度图被记录，不同时刻对应不同波长，每幅图像对应一个波长，每幅图像的对应像素构成强度随光谱变化的曲线，即对应传感面上某点的SPR光谱轮廓曲线，类推地，由所有像素按照上述方式构成一系列SPR光谱轮廓曲线，每条曲线对应SPR传感面的一个像素点，每条SPR光谱轮廓线的最小值即为该像素点的共振光波长，通过不断反复在同一固定的光谱范围内获取上述一系列SPR光谱轮廓曲线，监测每条SPR光谱轮廓线的最小值的变化，可以获得传感器表面折射率变化，实现SPR传感测量。由于单色仪中分光主要采用旋转的光栅实现，为机械扫描方式，转动元件惯性等因素，无法快速周期扫描;而且，对于整个传感面而言，由于传感膜厚度、光线入射角不同(白光光源准直性差，以及棱镜色散等导致)和探针分子种类和浓度等因素导致的传感芯片各点的共振光谱不一致，而且还是随着分子间相互作用产生不一致的移动，无法预先恰当设定，因此，目前所报道的皆是在固定的整个工作光谱段进行全谱线扫描，以免某些共振波长在测量过程中移除扫描范围，产生测量错误。目前，报道最快的用于光谱诊断SPR的扫描速度为2s/波长，所以获得整个SPR光谱轮廓一次花费的时间相当长，无法满足分子间相互作用的动态监测。
[0004]后者，利用光谱仪进行反射光的光谱快速分析，具有足够快的测量速度，为了提高测量通量，将传感膜不同位置反射光分别导入不同的光谱仪，实现并行探测，但每个位置需要一个光谱仪，成本高，而且无法实现高密度传感芯片监测以及成像检测。
[0005]综上所述，现有技术存在如下技术问题:没有技术能够实现二维传感芯片的所有位点的SPR光谱曲线的并行快速扫描技术，不能快速获取二维传感芯片的所有位点的SPR光谱曲线，进而无法实现二维传感芯片的所有位点的共振波长快速并行监测，而且现有技术还存在二维芯片各点传感灵敏度一致性差的缺点。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种SPR检测系统及方法，其目的在于通过对共振光谱曲线在共振波长附近进行局部光谱扫锚，从而减小了扫描光谱范围；并通过扫描光谱范围反馈来实时追踪共振光谱，提高共振波长诊断速度;传统的宽光谱范围扫描整个SPR光谱曲线时间长(获得一条SPR光谱曲线至少是几十秒)，而某些分子相互作用时间较短，传统的宽光谱扫描不能满足分子相互作用实时监测的问题，本技术旨在解决分子相互作用实时监测的问题。
[0007]本发明提供了一种SPR检测系统，包括:光源，用于发射光谱连续的宽带光;第一准直透镜组，用于对所述宽带光进行准直后聚焦;多模光纤MF，其入射端设置在所述第一准直透镜组的输出焦平面上，用于对经过所述第一准直透镜组聚焦后的光进行耦合;第二准直透镜组，其输入焦平面上设置有所述多模光纤MF的出射端，用于对耦合后的光进行准直后聚焦;孔径光阑DA，位于所述第二准直透镜组的输出焦平面上，用于对经所述第二准直透镜组聚焦后的光进行空间滤波后获得聚焦的光;透镜L5，与所述第二准直透镜组共焦面设置，用于对所述聚焦光点进行准直处理;液晶可调光学滤波器，用于对光源发出的宽带光进行滤波后获得窄带光;偏振片P1，用于对所述窄带光进行偏振作用，以获得偏振态的入射光；SPR传感单元，包括棱镜、金膜和流通池;所述棱镜对入射光进行耦合后激发所述金膜表面的等离子体共振，由所述流通池使待测样品通过所述金膜表面，从而进行检测;透镜L6，用于对经所述SPR传感单元的反射光进行收集、准直;检偏器P2，用于消除反射光中的杂散光，提高信噪比;透镜L7，用于将偏振光进行汇聚;面阵探测器，置于所述透镜L7的焦面，用于记录汇聚后的光谱的强度;控制模块，输入端用于接收所述面阵探测器采集的光图像，并对其进行处理后输出用于调整所述液晶可调光学滤波器的扫描光谱范围的反馈控制信号。
[0008]更进一步地，所述第一准直透镜组包括依次同轴设置的透镜L1和透镜L2。
[0009]更进一步地，所述第二准直透镜组包括依次同轴设置的透镜L3和透镜L4。
[0010]更进一步地，工作时，当确定光谱扫描范围后，所述液晶可调光学滤波器按照指定工作模式进行光谱扫描输出，由面阵探测器同时记录每个输出光谱对应的SPR传感单元反射的光强度，并获得多个强度图像，每个图像的相同位置的像素组成强度随光波长变化曲线即为该位置的SPR光谱轮廓曲线。
[0011 ]本发明还提供了一种SPR检测方法，包括下述步骤:
[0012](1)在整个工作光谱段上以等步长方式并行扫描并记录对应波长的传感芯片的二维图像；
[0013](2)根据所述二维图像和与图像对应的像素获得对应传感位置的共振波长；
[0014](3)获得所有共振波长中的最大共振波长和最小共振波长；
[0015](4)通过将所述最大共振波长向长波长方向移动第一距离后获得下次扫描区域的波长上限，通过将所述最小共振波长向短波长方向移动第二距离后获得下次扫描区域的波长下限，并根据所述波长上限和所述波长下限获得下次扫描的波长范围；
[0016](5)确定扫描步长；
[0017](6)在所述下次扫描的波长范围内，根据步骤(5)确定的扫描步长，在该参数下对局部光谱区域进行快速扫描并记录该扫描光谱所对应二维图像；
[0018](7)对局部扫描图像，重复执行步骤(2)?(6)，获得不同时刻的所有传感位置的共振波长，并获得二维波长敏感SPR传感图像。
[0019]更进一步地，在步骤(1)与步骤(2)之间还包括如下步骤:获得所述二维图像中的局部临近像素的平均值，并根据平均值获得像素更少的新的二维图像。
[0020]更进一步地，步骤(2)具体为:
[0021]根据所述二维图像和与图像对应的像素获得SPR光谱曲线；
[0022]通过拟合和插值分别获得每条SPR光谱曲线的强度最小值，即对应传感位置的共振波长。
[0023]更进一步地，步骤(4)中，所述第一距离和所述第二距离的范围为3nm?50nm。
[0024]更进一步地，步骤(5)中确定扫描步长具体为:在最大共振波长和最小共振波长之间的波长范围内步长为小步长，如0.01nm-2nm，在该区域以外采用大步长，如3nm-