CN100543458C - 微棱镜阵列spr生物传感器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面等离子体共振(SPR)生物传感器，尤其是涉及一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件。本发明为解决现有技术中搭建SPR传感器的操作过程繁琐，技术要求高的问题而发明。该微棱镜阵列SPR生物传感器组件包括SPR生物传感器和棱镜，所述棱镜为微棱镜阵列，所述微棱镜阵列为至少一列棱镜，所述微棱镜阵列具有基面，所述基面的另一侧与所述棱镜相对应的位置镀有金膜、银膜或铬膜。该微棱镜阵列SPR生物传感器组件从根本上简化了搭建SPR传感器的操作过程；同时也提高了检测信号的质量，并能够同时进行多种检测，该传感器组件生产成本也较低，利于在临床检测中推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面等离子体共振(SPR)生物传感器，尤其是涉及一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件，该传感器组件包括微棱镜阵列SPR芯片和能够加热或冷却的带管脚的多路微流道反应池。
背景技术
表面等离子体共振(SPR)技术以其较高的灵敏度以及高效地对生物分子作用过程的示踪能力在近十几年以来发展极为迅速。表面等离子体共振的原理是沿着金属表面传播的电子或电荷密度集体振荡效应。当入射的偏振光的入射角满足一定条件时，反射光强度最小，此时的角度称为共振角。当金属膜表面纳米数量级附近的物质浓度发生变化时，其共振角非常灵敏地随之发生移动。它能够对生物分子的结合进行原位、无损且无标记的检测。因此，利用表面等离子体共振(SPR)技术制备的SPR检测仪已成为生化实验室重要的研究工具。
现有SPR检测仪一般包括扫描光源11、楔面或柱面棱镜12、SPR芯片(包括玻璃片130和金膜131)、反应池14和检测器15，检测器是SPR检测仪的扫描结构部分。如图1和图2所示，图1所示棱镜为楔面棱镜的SPR检测仪，图2所示为棱镜为柱面棱镜的SPR检测仪。SPR芯片包括玻璃片130，玻璃片上镀有金膜131，扫描光源11射出的激光通过三棱镜12耦合，引发金膜中的自由电子产生表面等离子体。在某一个入射角度激光可与金膜中表面等离子体产生共振，导致入射的激光能量被吸收，使得三棱镜底面上光线入射角与反射率关系曲线上出现一个共振吸收峰—SPR谱。因为SPR谱峰的入射角对金膜表面折射率变化非常敏感，而折射率变化与金膜表面结合的物质的浓度成正比，因此用检测器15(光电探测器)连续检测表面等离子体共振吸收峰随时间的变化就可以实时地检测生物分子间的反应动力学过程。
SPR生物传感器是由镀单点或多点金膜131的玻璃片130即SPR芯片及反应池14构成。
检测时，1、将镀金膜上已包被试样的SPR芯片紧密贴合在反应池的流道141一侧，金膜被包容在流道之中，构成生化反应通道；2、然后将芯片贴合在棱镜的底面上。为了降低棱镜底面与玻璃片表面构成的折反射界面的反射，在贴合之前要涂香柏油，因香柏油的折射率与棱镜及玻璃片的折射率接近，可以降低这个反射界面的反射光强，使入射光尽可能多地照射到金膜上。
上述SPR传感器具有以下不足：
搭建SPR传感器操作过程繁琐，对实验人员的操作技术要求很高。在搭建SPR传感器的过程中，芯片要经过两次贴合：一次是与反应池的贴合，贴合不当，会造成反应池漏液，或者芯片破损；第二次是反应池与芯片一起贴合在棱镜底面上，在这个过程中，要凭经验涂适量的香柏油，油涂得过多过少或受力不均匀都会对扫描光束产生不利影响。由于这个不足，使SPR生物传感器很难在临床检测中推广应用。
在玻璃片与棱镜之间存在一个折反射界面，入射光强不可避免地会损失一部分，而且这个损失随着入射角的增加而增加。并且由于贴合技巧的差异，会造成油膜薄厚不均匀，从而产生紊乱的薄膜干涉条纹，在检测器中产生不能消除的噪声。
在有些检测中，需要调整和控制反应池的微流道内的反应温度，并且希望在线控温，前述的SPR传感器难于做到这一点，通常只能在线下进行有温度控制的反应，然后再拿到仪器上进行检测。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件，该组件将SPR生物传感器与SPR检测仪的棱镜组合成一个整体(使用该组件的SPR检测仪将不再需要棱镜)。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
该微棱镜阵列SPR生物传感器组件包括SPR生物传感器和棱镜，所述棱镜为微棱镜阵列，所述微棱镜阵列具有基面，所述基面的另一侧与所述棱镜相对应的位置镀有金膜、银膜或铬膜；
为了能够同时进行多项指标检测，上述微棱镜阵列为至少两列棱镜，所述至少两列棱镜交错排列，所述的微棱镜阵列中，若干微棱镜排成一列，若干列构成一个微棱镜阵列，列与列的微棱镜交错排列，即单数列的微棱镜排成一行，偶数列的微棱镜排成另一行，从而增加同一行中相邻的两个微棱镜之间的距离，以增大入射光的最大扫描角范围。
上述组件还包括反应池，所述反应池的一侧设置有容置所述基面的凹槽，该凹槽内设置有与每列棱镜相对应的微流道，所述金膜、银膜或铬膜能够容置在所述微流道内，所述微流道的背面设置有针状管脚，针状管脚分别与微流道的两端连通，针状管脚的另一端能够插接在SPR检测仪的专用插座上。所述针状管脚，两两与每路微流道的两端连通，用以输送反应液，同时可象IC芯片的插针一样，将微棱镜阵列SPR生物传感器组件直接通过针状管脚插在SPR检测仪的专用插座上，最大地简化临床操作步骤。
上述反应池的另一侧设置有热池。从而能够通过与之相配的SPR检测仪的温度调控装置对该组件的微流道进行温度控制，以此来控制微流道内的反应温度。
上述棱镜可以是凸台柱面微棱镜阵列，凸台楔面微棱镜阵列。还可以增大基面的厚度，一体成型为井式柱面微棱镜阵列或井式楔面微棱镜阵列。
由于采用了上述技术方案，本发明所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件用微棱镜阵列代替了现有的SPR检测仪原有的棱镜，每一个镀金点对应一个微棱镜，各自构成独立的SPR检测通道，从而取消原有SPR传感器使用过程中SPR芯片需要与棱镜贴合的操作，从根本上简化了搭建SPR传感器的操作过程；同时也去除了棱镜底面与玻璃片之间的折反射界面，使棱镜与玻璃片合成为一个整体，从而消除现有棱镜与玻璃片之间的界面产生的不必要的反射和杂光干涉，提高了检测信号的质量。同时，由于该生物传感器组件包括微棱镜阵列及多路微流道，能够同时进行多种检测，由于采用了针状管脚，能够方便地插接在SPR检测仪上，由于设置有热池，热池内能够设置半导体加热或制冷装置，从而能够在线检测需控温的生化反应进程，该传感器组件生产成本也较低，利于在临床检测中推广应用。
附图说明
图1是现有SPR检测仪的结构示意图，其中棱镜是楔面棱镜；
图2是现有SPR检测仪的结构示意图，其中棱镜是柱面棱镜；
图3A是本发明所述的一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件的分解状态的示意图，其中采用凸台楔面微棱镜阵列；
图3B是图3A所示生物传感器组件组合后的示意图；
图4是图3所示传感器组件中微棱镜阵列的基片和金膜及反应池底面的结构示意图；
图5是本发明所述的一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件的分解状态和组装状态的示意图，其中采用凸台柱面微棱镜阵列；
图6是本发明所述的一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件的分解状态和组装状态的示意图，其中采用井式楔面微棱镜阵列；
图7是本发明所述的一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件的分解状态和组装状态的示意图，其中采用井式柱面微棱镜阵列；
图8是图3所述的凸台楔面微棱镜阵列的最大入射角的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，其中：
如图3和图4所示，本发明所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件SPR生物传感器和棱镜，所述棱镜为微棱镜阵列1，所述微棱镜阵列为五列凸台楔面微棱镜，所述微棱镜阵列具有基面101，所述基面101的另一侧与所述棱镜相对应的位置镀有金膜131，该金膜也可以采用银膜或铬膜代替。
如图3A、图3B和图4所示，所述组件还包括反应池2，所述反应池的一侧设置有容置所述基面101的凹槽，该凹槽内设置微流道201，所述金膜、银膜或铬膜能够容置在所述微流道内，所述微流道的背面设置有针状管脚202，针状管脚分别与微流道的两端连通，该针状管脚即可与仪器的微流泵连通，用以输送各种反应液，也可以作为插针，象IC芯片的插针一样，插在SPR检测仪的专用插座上。
图中所示的反应池2的另一侧，设置有热池203，热池203可容纳SPR检测仪的控温部件，从而可调节和控制微流道内的反应温度，进一步构成可加热或冷却的带管脚的多路微流道反应池。
该芯片上若干微棱镜排成一列，若干列构成一个微棱镜阵列，列与列的微棱镜交错排列，即单数列的微棱镜排成一行，偶数列的微棱镜排成另一行，从而增加同一行中相邻的两个微棱镜之间的距离，以增大入射光的最大扫描角范围，如图8所示。
上述传感器组件的主要优点如下：
微棱镜阵列SPR芯片上的每一个镀金点对应一个微棱镜，各自构成独立的SPR检测通道，由于微棱镜与玻璃片已融为一体，所以微棱镜与镀金点之间不再有多余的反射界面，即简化了实验操作，又消除了棱镜与玻璃片之间的界面产生的不必要的反射和杂光干涉，有助于提高检测信号的质量；将反应池、已包被各种不同试样的SPR芯片与SPR检测仪的棱镜组合为一个整体，由SPR芯片上的微棱镜阵列取代SPR检测仪上的棱镜，从而避免了实验人员将芯片贴合到棱镜上的繁琐操作。
该组件上设置的多路微流道与每一列检测点(镀金点)重合，每路微流道就是一个独立的反应通道，这些独立的反应通道可以并行地通过相同的或不同的反应液，与各反应通道中的检测点分别发生反应，因此，每个反应通道可以并行地进行相同的反应流程，也可以并行地进行不同的反应流程；从而可并行地进行实时的高通量检测；
如图5所示，作为本发明所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件的另一种实施方式，该传感器组件包括凸台柱面微棱镜阵列5和反应池2。所述微棱镜阵列具有基面501，所述基面501的另一侧与所述棱镜相对应的位置镀有金膜，该金膜也可以采用银膜或铬膜。
如图6所示于，作为本发明所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件的另一种实施方式，该生物传感器组件包括井式楔面微棱镜6和反应池2。
如图7所示于，作为本发明所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件的另一种实施方式，该生物传感器组件包括井式柱面微棱镜7和反应池2。
上述实施例中，楔面棱镜与柱面棱镜这两种形式的棱镜是针对SPR检测仪的两种成像检测系统；凸台式和井式这两种形式主要是针对微棱镜阵列芯片的不同的制造方法，凸台式和井式均适宜光学塑料注塑加工，但井式微棱镜芯片的刚性要好一些；而在某些生化反应场合，光学塑料的耐腐蚀性能达不到要求，只能用光学玻璃来进行加工，这时，井式微棱镜就不适宜了，只能采用凸台式微棱镜结构。制造该组件的材料可选用PMMA、PC等光学塑料，采用注塑工艺。
上述具体实施方式以较佳实施例对本发明进行了说明，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (7)
1、一种微棱镜阵列SPR生物传感器组件，包括SPR生物传感器和棱镜，其特征在于，所述棱镜为微棱镜阵列，所述微棱镜阵列具有基面，所述基面的另一侧与所述棱镜相对应的位置镀有金膜、银膜或铬膜，所述微棱镜阵列为若干个微棱镜排成一列，若干列构成一个微棱镜阵列，列与列的微棱镜交错排列，单数列的微棱镜排成一行，偶数列的微棱镜排成另一行。
2、如权利要求1所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件，其特征在于，所述组件还包括反应池，所述反应池的一侧设置有容置所述基面的凹槽，该凹槽内设置有与每列棱镜相对应的微流道，所述金膜、银膜或铬膜能够容置在所述微流道内，所述微流道的背面设置有针状管脚，针状管脚分别与微流道的两端连通，针状管脚的另一端能够插接在SPR检测仪的专用插座上。
3、如权利要求2所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件，其特征在于，所述反应池的另一侧设置有热池。
4、如权利要求1或2所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件，其特征在于，所述棱镜是凸台柱面微棱镜阵列。
5、如权利要求1或2所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件，其特征在于，所述棱镜是凸台楔面微棱镜阵列。
6、如权利要求1或2所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件，其特征在于，所述棱镜是井式柱面微棱镜阵列。
7、如权利要求1或2所述的微棱镜阵列SPR生物传感器组件，其特征在于，所述棱镜是井式楔面微棱镜阵列。
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