CN102095684A - 光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学SPR生物传感器多自由度调整机构。其包括激光器调节单元、生物芯片组件、CCD调节单元、支撑板及安装支撑板的基座，激光器调节单元、CCD调节单元对称地分布在所述棱镜托架的两侧，调节两者的位置关系可使激光器、生物芯片组件和CCD之间形成一定的光路通道。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CCD三者之间光路的一致性；方便调节流通池与生物芯片组件之间的压力；流通池提升与复位后，能够保持流通与生物芯片组件准确定位；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。

Description

光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构

技术领域

本发明涉及光学表面等离子共振(Surface plasmon resonance，SPR)生物传感器领域，具体涉及一种光学SPR生物传感器多自由度调整机构。

背景技术

近10年来，光学SPR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SPR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SPR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SPR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SPR生物分析仪要求整体更换带有Au膜的生物芯片组件。光学SPR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SPR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SPR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SPR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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光学SPR生物传感器多自由度调整机构，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SPR传感器的制造、使用维护成本。

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)生物传感器多自由度调整机构，包括激光器调节单元、生物芯片组件、CCD(图像传感器)调节单元、支撑板及安装支撑板的基座，所述生物组件调整单元从下至上包括安装在所述基座上的载台、棱镜托架、契合于棱镜上的流通池、压块、压块耦合架、拉杆及拉杆调节装置，所述棱镜托架安装在所述载台上，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，能使流通池与棱镜托架中的三棱镜紧密契合；所述激光器调节单元包括激光器载架及载架转轴，所述激光器载架安装在该载架转轴一端，其另一端则活动安装于所述支撑板上的纵向/横向导槽中；所述CCD调节单元包括CCD托架、托架转轴及轴柄，所述CCD托架上设有托架导槽，所述轴柄一端活动安装于该托架导槽中，该轴柄另一端安装在所述托架转轴一端，该托架转轴另一端活动安装于所述支撑板上的横向/纵向导槽中，且使所述托架导槽与所述支撑板上的横向/纵向导槽不相平行；所述激光器调节单元、CCD调节单元对称地分布在所述棱镜托架的两侧，调节两者的位置关系可使激光器、生物芯片组件和CCD之间形成一定的光路通道。

在所述载台、棱镜托架的同一侧面设置有限位板。

在所述升降调节凸轮下方设置有凸轮支撑块，该支撑块一端固定安装在所述前支板上。

在所述凸轮支撑块下方设置有导向块。

所述棱镜托架安装于所述载台的滑动导轨上。

所述压块呈“工”字形，且与压块耦合架契合地封压住流通池。

所述流通池是由耐腐蚀的弹性材料制成的三通道流通池。

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CCD三者之间光路的一致性；方便调节流通池与生物芯片组件之间的压力，使用流通池与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；方便提升流通池，且流通池提升与复位后，能够保持流通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SPR传感器的使用维护成本；

2.本机构能有效提高仪器测定的准确性及重现性；

3.本机构使用生物芯片的更换能够在1min内完成，大大缩短光学SPR生物传感器调整时间；

4.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。

附图说明

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A-A视图；

图3为图1的另一角度的立体结构示意图。

图中1为激光器载架，2为载架转轴，3为支撑板，4为纵向导槽，5为压块，6为压块耦合架，7为弹簧，8为三棱镜，9为棱镜托架，10为载台，11为基座，12为CCD托架，13为前支板，14为调节手柄，15为升降调节凸轮，16为顶板，17为拉杆，18为弹簧卡位帽，19为固定螺帽，20为水平支板，21为托架转轴，22为横向导槽，23为轴柄，24为托架导槽，25为限位板，26为顶板固定销，27为凸轮转轴，28为凸轮支撑块，29为导向块，30为流通池，31为螺钉。

具体实施方式

实施例1一种光学SPR生物传感器多自由度调整机构，参见图1、图2、图3，包括激光器调节单元、生物芯片组件单元、CCD调节单元、支撑板3及安装支撑板3的基座11，所述生物芯片组件调整单元从下至上包括安装在基座11上的载台10、棱镜托架9、契合于棱镜8的流通池30、压块5、压块耦合架6、拉杆17及拉杆调节装置，棱镜托架9安装在载台10的滑动导轨上，拉杆17下端由螺钉31连接固定于压块耦合架6，所述拉杆调节装置含有弹簧7、弹簧卡位帽18、固定螺帽19、安装在拉杆17上端的顶板16、升降调节凸轮15，弹簧7、弹簧卡位帽18依次套装在拉杆17的下部，水平支板20、固定螺帽19由下至上依次套装在弹簧卡位帽18外侧，水平支板20一端固定在支撑板3上，升降调节凸轮15通过凸轮转轴27安装于前支板13上，且使其与顶板16相匹配的调节拉杆17的升降，前支板13安装在水平支板20上，凸轮转轴27一端设置有调节手柄14，调节升降调节凸轮15、弹簧卡位帽18及固定螺帽19的相对位置，能使流通池30与棱镜托架9中的三棱镜8紧密契合，在升降调节凸轮15下方设置有凸轮支撑块28，该支撑块28一端固定安装在前支板13上，在凸轮支撑块28下方设置有导向块29；所述激光器调节单元包括激光器载架1及载架转轴2，激光器载架1安装在该载架转轴2一端，其另一端则活动安装于支撑板3上的纵向导槽4中；所述CCD调节单元包括CCD托架12、托架转轴21及轴柄23，CCD托架12上设有托架导槽24，轴柄23一端活动安装于该托架导槽24中，该轴柄23另一端安装在托架转轴21一端，该托架转轴21另一端活动安装于支撑板上的横向导槽22中，且托架导槽24与支撑板上的横向不相平行；所述激光器调节单元、CCD调节单元对称地分布在棱镜托架9的两侧，调节两者的位置关系可使激光器、传感器芯片和CCD之间形成所需要的光路通道。流通池30是由耐腐蚀的弹性材料制成的三通道流通池。压块5呈“工”字形，且与压块耦合架6契合地封压住流通池30。在载台10、棱镜托架9的同一侧面设置有限位板25。

上述光学SPR生物传感器多自由度调整机构的各部件动作关系：

①顺时针转动调节手柄14(转90°)，调节手柄14通过凸轮转轴27，带动升降调节凸轮15顺时针转动，顶起顶板16，从而提升拉杆17，逆时针转动调节手柄14(转90°)，调节手柄14通过凸轮转轴27，带动升降调节凸轮15也逆时针转动，拉杆17在其下部弹簧的作用下，上下滑动；

②调节弹簧卡位帽18，可调节弹簧7的压力，从而调节流通池30与三棱镜8之间的压力。当调整到适当的压力后，旋紧固定螺帽19。

上述光学SPR生物传感器多自由度调整机构的操作使用方法：

①顺时针转动调节手柄14(转90°)，提升拉杆17，使流通池30处于上部位置；

②水平置装有三棱镜8的棱镜托架9放置载台10上，然后沿着载台10上的导向轨道向前缓慢平推，直到轻触到载台10端部的限位板25；

③逆时针转动调节手柄14(转90°)，拉杆17下降，流通池30与三棱镜8之间压紧接触，如果流通池30与三棱镜8之间的压紧力不合适，可以按照上述方法调节两者之间的压力；

④转动调节激光器载架1和CCD托架12，使光路透过三棱镜8后达到合适位置，然后旋紧螺丝，固定位置。

Claims (7)

1.一种光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，包括激光器调节单元、生物芯片组件、CCD调节单元、支撑板及安装支撑板的基座，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基座上的载台、棱镜托架、契合于棱镜的流通池、压块、压块耦合架、拉杆及拉杆调节装置，所述棱镜托架安装在所述载台上，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，能使流通池与棱镜托架中的三棱镜紧密契合；所述激光器调节单元包括激光器载架及载架转轴，所述激光器载架安装在该载架转轴一端，其另一端则活动安装于所述支撑板上的纵向/横向导槽中；所述CCD调节单元包括CCD托架、托架转轴及轴柄，所述CCD托架上设有托架导槽，所述轴柄一端活动安装于该托架导槽中，该轴柄另一端安装在所述托架转轴一端，该托架转轴另一端活动安装于所述支撑板上的横向/纵向导槽中，且使所述托架导槽与所述支撑板上的横向/纵向导槽不相平行；所述激光器调节单元、CCD调节单元对称地分布在所述棱镜托架的两侧，调节两者的位置关系可使激光器、生物芯片组件和CCD之间形成一定的光路通道。

2.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，其特征在于，在所述载台、棱镜托架的同一侧面设置有限位板。

3.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，其特征在于，在所述升降调节凸轮下方设置有凸轮支撑块，该支撑块一端固定安装在所述前支板上。

4.根据权利要求3所述光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，其特征在于，在所述凸轮支撑块下方设置有导向块。

5.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，其特征在于，所述棱镜托架安装于所述载台的滑动导轨上。

6.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，其特征在于，所述压块呈“工”字形，且与压块耦合架契合地封压住流通池。

7.根据权利要求1所述光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，其特征在于，所述流通池是由耐腐蚀的弹性材料制成的三通道流通池。

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