专利名称：用于均相发光免疫检测的光路切换机构的制作方法
技术领域：
本发明属于均相发光免疫检测技术领域，具体涉及一种高速光路切换机构。
背景技术：
均相发光免疫检测技术是近年来发展起来的一项旨在取代现有酶标技术，具有高效，高精度，高可靠性，低成本等一系列优点的全新临床检测手段。均相发光免疫技术利用作为供体和受体的微珠来进行生物分子的检测。其中，供体微珠填充有光敏剂，受体微珠填充有化学发光剂，如果样品中存在待测生物分子，供体微珠和受体微珠会由于抗体抗原的特异性结合而相互接近，从而形成桥式耦合的供体、受体连接结构。在受激光激发后，单体氧在桥式结构中传递，再产生615nm的光信号。基于以上原理,均相发光免疫检测仪器的核心部分由光子计数器，半导体激光器和高速光路切换机构组成。
由于样品被激光激发后在很短时间内即产生信号光，且信号光强度依指数规律随时间下降。又由于光子计数器极高的灵敏度和靶面的易损性，在激光对样品照射期间，任何激光泄漏到光子计数器通道都可能导致检测失败甚至损害昂贵的光子计数器，极大降低了系统信噪比。因此，合理的高速光路切换机构是系统设计的关键。现有光路切换机构是由光快门和样品托架行走机构组成。检测分4步完成1)行走机构将样品池移到激光器下方，开启激光器对样品池照射。在此期间，光快门关闭，阻止光子进入光子计数器通道。2)激光照射结束，关闭激光器。3)行走机构立刻将样品池移到光子计数器下方，打开光快门进行光子计数。4)计数完成，关闭光快门。在现有光路切换机构的检测步骤(I)中，其切换时间受步进电机一机械导轨滑块结构的限制，很难在几十毫秒内运动十几毫米的距离，从而错过最佳检测时机，降低系统的灵敏度。同时，由于受机械结构及材料的限制，单层光快门设计难以完全阻挡激光或外部光源的散射光，其渗透的散射光将泄露到光子计数器通道，导致“暗计数”和背景噪声升高，降低系统的信噪比。在现有光路切换结构的检测步骤(3)中，该机构的另一缺点是光快门和行走机构缺一不可。在不需要样品池移动的场合，如单点快速检测装置，仅仅起光路切换作用的行走机构使系统复杂，成本增加。在现有均相发光免疫分析仪中，激光光源、光路切换机构、信号光采集、光子计数器均采用分体结构，即这四个部件之间相对独立，导致整个仪器系统结构复杂，协同工作效率降低，极大地增加了仪器整体成本，维护和升级较为困难。
发明内容
本发明的目的是为了降低均相激发光免疫检测中的背景噪声，避免激光泄漏到光子计数器通道，开发了一种高速光路切换机构，并将激光光源、高速光路切换机构、信号光采集、光子计数器在内的关键子部位进行固定一体化设计，使之成为一独立的系统核心组件，为均相激发光免疫检测系统的设计，生产，维修，改型带来极大的方便。
作为优选实施方式，用于均相发光免疫检测的光路切换机构，包括用于固定光子计数器I的固定支架2和旋转盘3，在固定支架上开设有信号光收集通道11，样品池7置于旋转盘3下方并处于与信号光收集通道11的正下方；旋转盘3的旋转中心与信号光收集通道的中心之间为偏心位置关系，在旋转盘3的不同角度位置处放置有用于反射激光束并使激光束照射到样品池7上的直角棱镜6和用于收集信号光的透镜5 ;通过控制旋转盘转动到相应角度，使得直角棱镜6和透镜分别在不同时段旋转到信号光收集通道11的正下方，从而实现光路切换。作为优选实施方式，所述的用于均相发光免疫检测的光路切换机构，其特征在于，所述的固定支架2和旋转盘3的结合端面设置有同心环状光学迷宫结构，该结构中，在固定支架2下方和旋转盘3上方设有多重嵌套式凸部和凹槽结构，凸部和凹槽相互耦合，但不妨碍旋转盘的转动；所述旋转盘3，处于激光激发工位时，在步进电机驱动下将直角棱镜6旋转到样品池10上方，激光器7发出的光束8经直角棱镜6作90度转向后照射在样品池10 ；所述旋转盘3，处于信号检测工位时，在步进电机驱动下将信号光收集透镜5旋转到样品池 10上方；光子计数器1，激光器7和旋转盘3的固定轴均集成在固定支架2)上。本发明的有益效果是通过旋转盘的转动实现光路从激发工位到检测工位的切换，并通过在旋转盘和固定支架之间的结合端面上设置同心环状迷宫结构，有效降低了均相激发光免疫检测中的背景噪声，避免了激光泄漏到光子计数器通道。此外本发明将均相发光免疫检测所需要的光子计数器，激光器，旋转盘，信号光采集器件在内的关键子部件全部集成在固定支架上，使之成为一独立的系统核心组件。该独立核心组件为均相发光免疫检测系统的设计，生产，维修，改型带来极大的方便。
图I高速光路切换机构的结构图，(a)和(b)分别为激发工位时和检测工位时旋转盘位置示意图；(C)和(d)分别为激发工位时和检测工位时的光路结构示意图。图2为本发明采用的光学迷宫多次反射示意图。图中标号说明I:光电倍增管/光子计数器2:固定支架3:旋转盘4:透镜 25:透镜 I6:直角菱镜7:激光器8:激光束9:光学迷宫环10:样品池11 :信号光收集通道
具体实施方式
本发明是一种高速光路切换机构，包括光子计数器(I)、固定支架(2)、旋转盘(3)和激光器(7)等。光子计数器(I)安装在固定支架(2)上。固定支架(2)上开有与光子计数器靶面同心的信号光收集通道(11)。样品池(10)被置于旋转盘(3)的下方并与信号光收集通道(11)同心的位置。旋转盘(3)的旋转中心与信号光收集通道(11)中心为偏心设置。旋转盘(3 )与信号光收集通道(11)重合的直径上分别安装着用于反射激光束的直角棱镜(6)和用于收集信号光的透镜(5)，见附图I。包括光子计数器(1)，激光器(7)，旋转盘(3)，信号光采集器件在内的关键子部件全部集成在固定支架(2)上，使之成为一独立的高速光路切换机构。该独立核心组件为均相发光免疫检测系统的设计，生产，维修，改型带来极大的方便。固定支架(2)和旋转盘(3)的结合端面为同心环状光学迷宫结构。该结构中，在固定支架(2)下方和旋转盘(3)上方设有多重嵌套式凸部和凹槽结构，凸部和凹槽相互紧密耦合并能自由转动，从而形成多层壁垒迷宫结构。见附图2，△足够小，散射光需要经历很多次反射才能到达光子计数器的表面。光学迷宫的表面反射率足够低，多次反射的散射光强度以指数的形式下降，到达光子计数器靶面的光子数可以低于光子计数器本身的背景嘈 声。参见附图1，高速光路切换机构的工作原理为(1)在激光激发工位，旋转盘(3)在步进电机驱动下将直角棱镜(6)旋转到样品池(10)上方，激光器(7)发出的光束(8)经直角棱镜(6)作90度转向后照射在样品池。由于直角棱镜(6)在旋转盘(3)固定的部位不与信号光收集通道(11)相通，信号光收集透镜(5 )也被旋转到不与信号光收集通道(11)相通的角度，加上同心环状光学迷宫的折反吸收功能，照射样品的散射光不会漏到光子计数器的收集通道。保证了非常低的系统“暗计数”值和背景嘈音。(2)在信号检测工位，旋转盘
(3)在步进电机驱动下将信号光收集透镜(5)旋转到样品池(10)上方。此时，样品池(10)，信号光收集透镜(5)，信号光收集通道(11)，信号光收集透镜(4)和光子计数器靶面同心，光子计数通道开启。由于旋转盘(3)的转动惯量可以设计得远小于样品池移动托架的平移惯量，光路切换可以在几十毫秒内完成。下面结合实验数据进一步阐述一体化的高速光路切换机构在保证低噪音、低杂散光的基础上，还能获取较高的检测灵敏度。实验条件在标准96孔板反应孔(避光深孔约300 μ I)中混匀25 μ I甲胎蛋白(AFP)标准样品+25 μ I生物素标记抗体+25 μ I抗体包被受体微球溶液(10 μ g/ml)，将上述溶液混匀后，在37°C震荡温育30min。避光加入175μ I供体微球通用液(自制)，充分混匀，震荡温育IOmin0实验结果在实验中，AFP标准样品的浓度设计为0，10，20，50，100, 250ng/ml。采用高速光路切换机构采集相应的数据，如下表所示。由表可见，采用高速光路切换机构可明显截止杂散光，降低自然本底荧光，显著提高了系统的灵敏度。
权利要求
1.一种用于均相发光免疫检测的光路切换机构，包括用于固定光子计数器(I)的固定支架(2)和旋转盘(3)，在固定支架上开设有信号光收集通道(11)，样品池(7)置于旋转盘(3)下方并处于与信号光收集通道(11)的正下方；旋转盘(3)的旋转中心与信号光收集通道的中心之间为偏心位置关系，在旋转盘(3)的不同角度位置处放置有用于反射激光束并使激光束照射到样品池(7)上的直角棱镜(6)和用于收集信号光的透镜(5);通过控制旋转盘转动到相应角度，使得直角棱镜(6)和透镜分别在不同时段旋转到信号光收集通道(11)的正下方，从而实现光路切换。
2.根据权利要求I所述的用于均相发光免疫检测的光路切换机构，其特征在于，所述的固定支架(2)和旋转盘(3)的结合端面设置有同心环状光学迷宫结构，该结构中，在固定支架(2)下方和旋转盘(3)上方设有多重嵌套式凸部和凹槽结构，凸部和凹槽相互耦合，但不妨碍旋转盘的转动。
3.根据权利要求I所述的用于均相发光免疫检测的光路切换机构，其特征在于，所述旋转盘(3)，处于激光激发工位时，在步进电机驱动下将直角棱镜(6)旋转到样品池(10)上方，激光器(7)发出的光束(8)经直角棱镜(6)作90度转向后照射在样品池(10)。
4.根据权利要求I所述的用于均相发光免疫检测的光路切换机构，其特征在于，所述旋转盘(3)，处于信号检测工位时，在步进电机驱动下将信号光收集透镜(5)旋转到样品池(10)上方。
5.根据权利要求I所述的用于均相发光免疫检测的光路切换机构，其特征在于，光子计数器(I)，激光器(7)和旋转盘(3)的固定轴均集成在固定支架(2)上。
全文摘要
本发明属于均相发光免疫检测技术领域，涉及一种用于均相发光免疫检测的光路切换机构，包括用于固定光子计数器(1)的固定支架(2)和旋转盘(3)，在固定支架上开设有信号光收集通道(11)，样品池(7)置于旋转盘(3)下方并处于与信号光收集通道(11)的正下方；旋转盘(3)的旋转中心与信号光收集通道的中心之间为偏心位置关系，在旋转盘(3)的不同角度位置处放置有用于反射激光束并使激光束照射到样品池(7)上的直角棱镜(6)和用于收集信号光的透镜(5)；通过控制旋转盘转动到不同角度，实现光路切换。本发明能够降低均相激发光免疫检测中的背景噪声。
文档编号G01N33/53GK102830224SQ201210310778
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者赵丕成, 陈达, 李奇峰, 薛彬 申请人:天津市先石光学技术有限公司