CN102393357A - 光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构。其包括生物芯片组件调节单元、激光器调节单元、CCD调节单元、支撑板及安装支撑板的基座，所述激光器调节单元包括两组激光器载架及对应的载架转轴，各激光器载架安装在其对应的载架转轴一端，载架转轴另一端则固定安装在所述支撑板上；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两组激光器、生物芯片组件和CCD之间形成对应的光路通道。该调整机构检测范围宽、测试精度高、检测性能稳定可靠。

Description

光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构

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生物传感器双光源多自由度调整机构。

背景技术

近几年，光学表面等离子共振(Surface plasmon resonance，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在光纤表面的样品微小变化，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角度调整方法，则使操作复杂和适应环境差，便携式光学SPR生物分析仪要求光源固定、整体更换带有Au膜的生物芯片组件。现有的便携式光学SPR生物传感器由一线激光器、一套光学检测系统和生物传感器本体构成。一线激光器产生发散的一字线型光波，一字线型光波照射到金膜表面，共振信号沿金膜的长度方向移动，CCD监测共振信号的移动就可以获得被测样品的浓度值。通常一线激光器的位置是固定的，其光波照射至金膜表面的位置也是确定的，因此其检测范围是固定不变的，由于芯片表面的金膜较短，导致检测动态范围很窄，一般在1.34～1.38(折射率)。此类采用一线激光器式固定角度型光学SPR生物分析仪结构，其检测性能虽然比较稳定，但其检测范围较小，不利于对宽折射率范围的样品检测，这就造成了很大的局限性。在实际应用中，生物敏感膜随受感测被测对象的浓度而变化，对于折射率高于1.38的样品就需要稀释，导致检测过程复杂，耗时长。

本发明人参与研究的一篇专利文献CN 102095684A中公开了一种光学表面等离子共振生物传感器多自由度调整机构，仅使用了一台激光器，且激光器在一定范围内位置可调，检测范围虽有一定的拓展，但其移动位置难以保证在同一个圆周或圆弧上，因此其检测范围和系统误差难以满足测试的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种检测范围宽、测试精度高、检测性能稳定可靠的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，包括生物芯片组件调节单元、激光器调节单元、CCD调节单元、支撑板及安装支撑板的基座。所述激光器调节单元包括两组/个激光器及其对应的激光器载架与载架转轴，各激光器载架安装在其对应的载架转轴一端，载架转轴另一端则固定安装在所述支撑板上，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两组激光器、生物芯片组件和CCD之间形成对应的光路通道。

所述两组/个激光器的安装位置可使其光束分时入射到同一棱镜端面，并在棱镜端面产生的光斑部分重叠，且使表面等离子共振的反射光束照射到同一个CCD传感器。

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Au膜棱镜的微流池、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，能使微流池与棱镜托架中的Au膜棱镜紧密契合。

所述激光器调节单元包括两组激光器载架、载架转轴，激光器分别固定在载架上，载架又固定在转轴上，转轴的另一端安装于所述支撑板上的横向/纵向导槽中。

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。

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微流池。

所述微流池是由耐腐蚀的弹性材料制成的三通道微流池。

本发明具有积极有益的效果：

两个/组激光器的位置固定不变，减少了系统误差，提高了检测精度，扩展了检测范围，检测的折射率范围可达1.30～1.56，且当两个/组激光器的波长不同时，可以实现双波长的光学表面等离子共振生物传感器的功能。

附图说明

图1为一种光学SPR生物传感器双光源多自由度调整机构的立体结构示意图；

图2为图1的纵剖视图。

图中1为激光器载架，2为载架转轴，3为支撑板，4为载架转轴，5为压块，6为压块耦合架，7为弹簧，8为Au膜棱镜，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为激光器载架，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为微流池，31为螺钉。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，但并非是对本发明保护范围的限定。

实施例1一种光学SPR生物传感器双光源多自由度调整机构，参见图1、图2，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Au膜棱镜8的微流池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，能使微流池30与棱镜托架9中的Au膜棱镜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两组激光器载架1、21及对应的载架转轴2、4，激光器载架1、21安装在其对应的载架转轴2、4一端，载架转轴2、4另一端则固定安装在支撑板3上；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两组激光器、生物芯片组件和CCD之间形成对应的光路通道。微流池30是由耐腐蚀的弹性材料制成的三通道微流池。压块5呈“工”字形，且与压块耦合架6契合地封压住微流池30。在载台10、棱镜托架9的同后侧设置有限位板。

上述光学SPR生物传感器双光源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，从而调节微流池30与Au膜棱镜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，使微流池30处于上部位置；

②水平置装有Au膜棱镜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；

③逆时针转动调节手柄14(转90°)，拉杆17下降，微流池30与Au膜棱镜8之间压紧接触，如果微流池30与Au膜棱镜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转动调节两个激光器载架1、21及CCD托架12，使光路透过Au膜棱镜8后，可到达CCD的合适位置，然后旋紧螺丝，固定CCD的位置。

改变上述实施例中的各个具体部件的结构尺寸参数，或者部件的等同替换等，可形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，包括生物芯片组件调节单元、激光器调节单元、CCD调节单元、支撑板及安装支撑板的基座，其特征在于，所述激光器调节单元包括两组/个激光器及其对应的载架和载架转轴，各激光器载架安装在其对应的载架转轴一端，载架转轴另一端则固定安装在所述支撑板上；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两组激光器、生物芯片组件和CCD之间形成对应的光路通道。

2.根据权利要求1所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，其特征在于，所述两组/个激光器的安装位置可使其光束分时入射到同一棱镜端面，并在棱镜端面产生的光斑部分重叠，且使表面等离子共振的反射光束照射到同一个CCD传感器。

3.根据权利要求2所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，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Au膜棱镜的微流池、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，能使微流池与棱镜托架中的Au膜棱镜紧密压合。

4.根据权利要求3所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，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。

6.根据权利要求5所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，其特征在于，在所述凸轮支撑块下方设置有导向块。

7.根据权利要求6所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，其特征在于，所述棱镜托架安装于所述载台的滑动导轨上。

8.根据权利要求7所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，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微流池。

9.根据权利要求8所述的光学表面等离子共振生物传感器双光源多自由度调整机构，其特征在于，所述微流池是由耐腐蚀的弹性材料制成的三通道微流池。

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