专利名称：用于lid生物传感器谐振检测的优化方法
技术领域：
本发明涉及一种光学盘查系统，它能询问标签无关检测(LID)生物传感器并在生物传感器之上监测生物事件而不受到成问题的杂光反射和/或成问题的像素化效应的影响。相关技术的描述如今的无接触光学传感器技术用于许多生物学研究领域，以帮助实现越来越灵敏并受时间限制的化验。在这些化验中，当生物材料进入生物传感器的检测范围内，光学盘查系统用来监测光学生物传感器的折射率的改变或光响应/光谐振的变化。生物材料的出现在引起如材料结合、吸收等相互作用时将改变生物传感器的光谐振。光谐振的这种变化使人能够使用生物传感器来直接监测无标签化验中的生物事件，在该化验中完全避免荧光染料的花费和试验干扰。光学盘查系统要求执行某种谐振检测算法，以确定在生物传感器上是否发生生物事件(例如药物与蛋白质的结合)。为了确保能检测到微小的生化结合事件，需要设计谐振检测算法以检测谐振光谱位置或谐振角位置的微小偏移，其中这些偏移经常是谐振宽度本身的非常小的一部分。例如，谐振波导光栅生物传感器的典型谐振宽度可以是Inm左右，然而微小的生化结合事件可能仅表现出约0. OOlnm的变化。遗憾的是，如今难以适当地优化谐振检测算法，这是因为生物传感器102的光谐振的分辨率和线性度受如下因素的不利影响⑴由成问题的杂光反射造成的测量噪声的存在；和/或⑵由成问题的像素化效应引起的测量伪像(artifact)的存在。因此，需要提供通过解决成问题的杂光反射和/或成问题的像素化效应而优化光谐振检测的光学盘查系统。这种需求和其它的需求是通过本发明的光学盘查系统和方法来满足的。发明简述本发明包括光学盘查系统，它能够盘查标签无关检测(LID)生物传感器并监测在该生物传感器顶上的生物事件而不会受到成问题的杂光反射和/或成问题的像素化效应的影响。在一个实施例中，光学盘查系统能够盘查生物传感器并使用低通滤波器算法以通过数字方式消除光谐振频谱中包含的成问题的杂光反射，这使判断生物传感器上是否发生生物事件变得更容易。在另一实施例中，光学盘查系统能够盘查生物传感器并使用过采样/ 平滑算法减少因成问题的像素化效应引起的光谐振估算位置中的振荡，这使判断生物传感器上是否发生生物事件变得更容易。
通过结合附图参照下面的详细说明，可对本发明作出更为全面的理解，在附图中图1是根据本发明的两个不同实施例配置的光学盘查系统的方框图；图2-10是根据本发明第一实施例的、用来描述光学盘查系统如何实现减少由成问题的杂光反射造成的测量噪声的图和曲线图；以及图11-24是根据本发明第二实施例的、用来描述光学盘查系统如何实现减少由成问题的像素化效应造成的测量伪像的图和曲线图。附图的详细说明参照图1，图中示出根据本发明能够盘查生物传感器102的光学盘查系统100的方框图。如图所示，光盘查系统100具有发射系统101，该发射系统101包括将光束106(例如白色光束106)输出至带透镜的光纤108的光源104(例如宽频谱光源104)，所述带透镜的光纤108使光束IOb向生物传感器102 (例如光栅耦合的波导生物传感器102)发射。光学盘查系统还包括具有带透镜的光纤112的接收系统103，该接收系统103接收从生物传感器 102反射的光束110。或者，发射光纤108和接收光纤112可以是一根光纤，一种典型的单光纤盘查系统披露于2005年2月14日提交的共同转让的11/058，155号美国专利申请中。 该文献的内容被援引包含于此。接收系统103还包括检测器114(例如光谱仪114、CXD阵列140)，它接收从带透镜的光纤112反射的光束110。检测器114将信号116 (其代表光谱谐振117)输出至处理器118。处理器118处理信号116并通过解决成问题的杂光反射和/ 或成问题的像素化效应来优化光谱谐振117的位置检测。然后，处理器118输出用来监测生物传感器102顶上的生物事件(例如配合基与分析物的生物结合)的优化信号120。在对于生物传感器102的结构和操作给出详细说明后，将对处理器118如何优化信号116进行详细说明。生物传感器102利用其顶表面处折射率的变化，这种变化影响发射光束106和反射光束110的波导耦合特性。这些变化实现生物事件的无标签监测，例如生物物质122(例如细胞、分子、蛋白质、药物、化合物、核酸、肽、碳水化合物)是否恰好位于生物传感器的上层124 (检测区124)。例如，生物物质122—般位于沉积在生物传感器的上层124上的成块液体中。另外，正是该生物物质122出现在成块液体中使生物传感器顶表面126处的反射系数变化。生物传感器102的功能可通过分析其衍射光栅128和波导130的结构来最佳地理解。被引至衍射光栅128的光束106仅耦合入波导130，只要其波矢量满足如方程1所示的下列谐振条件k' x = kx- κ [1]其中kx’是入射波矢量的X分量，kx是波导式波矢量，而κ是光栅矢量。光栅矢量κ被定义为方向垂直于折射光栅128的线并且大小为2 π/Λ的矢量，其中Λ是光栅周期(节距)。这种表达也可以波长λ和入射角θ的方式写成方程2所示那样
权利要求
1.一种光盘查系统，包括发射系统，所述发射系统向生物传感器发出光束；接收系统，所述接收系统从所述生物传感器采集光束并随后输出代表所采集的光束的信号；以及处理器，所述处理器通过过采样光谐振的至少一部分、平滑所述光谐振并计算基于经平滑-过采样的光谐振的谐振位置或质心，以减小信号的光谐振中的像素化振荡。
2.一种盘查生物传感器的方法，所述方法包括步骤向所述生物传感器发射光束；从所述生物传感器采集光束；产生与所采集的光对应的信号；以及通过过采样所述光谐振的至少一部分，平滑所述光谐振以及计算基于经平滑_过采样的光谐振的谐振位置或质心，来减小因成问题的像素化效果造成的信号光谐振中的振荡。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过采样步骤和所述平滑步骤的顺序是可互换的。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述质心具有由于光谐振的过采样而升高的阈值，以使所述阈值有效地排除背景噪声和排除在经平滑_过采样的光谐振中不想要的像素化振荡。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过采样的光谐振是通过低通滤波器、插值过程、三次样条插值过程平滑的。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述过采样步骤和平滑步骤是通过计算光谐振的傅立叶变换、将傅立叶变换乘以一滤波器函数、在经滤波的函数的左侧和右侧补零以及计算逆傅立叶变换以获得经平滑_过采样的光谐振得以实现的。
全文摘要
一种用于LID生物传感器谐振检测的优化方法，以及一种光盘查系统，这种系统能盘查标签无关检测(LID)生物传感器并监视生物传感器顶上的生物事件而不受成问题的杂光反射和/或成问题的像素化效应的影响。在一个实施例中，光盘查系统能够盘查生物传感器并使用低通滤波器算法，从而以数字方式去除包含在光谐振频谱中的构成问题的杂光反射，这更易于判断生物传感器上是否发生生物事件。在另一实施例中，光盘查系统能够盘查生物传感器并使用过采样/平滑算法来减少由成问题的像素化效应造成的光谐振的估计位置中的振荡，这更易于判断生物传感器上是否发生生物事件。
文档编号G01J3/28GK102519944SQ20111028895
公开日2012年6月27日 申请日期2007年2月20日 优先权日2006年3月10日
发明者G·A·皮尔驰, J·高里尔, M·B·韦伯, 邬起 申请人:康宁股份有限公司