CN103308485A

CN103308485A - 一种表面等离子体子共振传感器成像装置

Info

Publication number: CN103308485A
Application number: CN2013101715685A
Authority: CN
Inventors: 牟颖; 项连城; 周超; 金伟; 金钦汉
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-05-11
Filing date: 2013-05-11
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明提供一种表面等离子体子共振传感器成像装置，由光线发射模块，进样模块和信号采集模块三部分组成，光线发射模块由内置电源，平行光管、固定环和平面镜组成，平行光管由固定环进行固定，进样模块由棱镜和重力进样芯片组成，棱镜由支架固定，信号采集模块由摄像机和固定支架组成，整个装置通过摄像机的引出线将信号连接至显示设备即可显示结果。本发明利用表面等离子体子共振成像（SPRi）原理，通过光强差来实现结果显示。本发明装置浙江合理，体积小，易携带，操作方便，反应快，自带移动电源，适用于基于流体分析的生物医学、食品卫生、环境检测等领域，可满足户外现场检测的需求。

Description

一种表面等离子体子共振传感器成像装置

技术领域

本发明涉及流体分析的生物医学、环境检测等领域，具体涉及一种表面等离子体子共振传感器成像装置，是一种小型表面等离子体子共振传感器的高精度角度扫描成像装置。

背景技术

在生物医学、环境检测等领域内，流体分析检测扮演着重要的角色。经过二十年的发展，表面等离子体子共振成像（SPRi）在许多领域取得了公认的成果。SPRi适用于生物分子相互作用的检测，有免标记、实时、通量高的优点。其中，光强型SPRi的结构简单，非常适合于制作小型便携的检测仪器，已成为SPR研究方向的热点之一。但目前的表面等离子体子共振成像装置设计复杂，外形尺寸相对较大。虽然其技术相对成熟，但是具有操作复杂，设备昂贵，死体积大等缺点，所以目前该类监测装置的研究趋势之一是往小型化发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面等离子体子共振传感器成像装置，是一种小型表面等离子体子共振传感器的高精度角度扫描成像检测装置，利用表面等离子体子共振成像（SPRi）原理，通过光强差来实现检测。

本发明装置外形为一个长方体，由光线发射模块，进样模块和信号采集模块三部分组成，光线发射模块由内置电源，平行光管、固定环和平面镜组成，平行光管由固定环进行固定，进样模块由棱镜和重力进样芯片组成，棱镜由支架固定，信号采集模块由摄像机和固定支架组成，整个装置通过摄像机的引出线将信号连接至显示设备即可显示结果。

单通道的自动重力进样芯片由微流体层、底部传感层、进样口、微流体通道、出样口、U型的储液槽、进样通道、废液槽和废液移除模块构成。微流体层含有至少一个进样单元，进样单元由进样口、微流体通道、出样口组成，进样口由U型的储液槽和进样通道组成，出样口由一个圆柱形的废液槽和废液移除模块（海绵、滤纸等）组成，废液移除模块的前边缘在废液槽的中部，底部传感层可以是空白的基底，修饰过无机材料的传感层，或者是修饰了生物分子的DNA芯片和蛋白质芯片，微流体层和底部传感层的封接可使用固体胶粘结，等离子处理等方式；如果微流体层是柔性的高分子聚合物，则轻轻挤压微流体层也可实现封接。

本装置的芯片材料可以选用是玻璃、硅、高分子聚合物、金属及金属化合物。

显示设备选用轻薄笔记本或平板电脑。

本发明另一个目的是提供所述装置在生物医学、食品卫生、环境检测中的流体分析中应用。

本发明装置通过内置电源供电，由平行光管产生偏振的平行光，经由平面镜反射入棱镜中。光线射入和射出棱镜的角度需保证在20度左右，不应过大或过小。样品通入棱镜上放置的进样芯片，在棱镜上表面的芯片的底部发生反应。通过摄像机连接到轻薄笔记本或平板电脑，可以方便地进行实时检测分析。

本发明装置的使用方法如下：

（1）打开电源，平行光管发射光线，摄像机信号线连接到轻薄笔记本或平板电脑上。

（2）进样过程：使缓冲溶液进入并充满进样通道，微流体通道,和废液槽；先向进样口通入一定量的样品溶液,样品溶液(或缓冲液)自动流过微流体通道至废液槽；前一种样品从储液槽进入进样通道后,再向进样口通入新的样品溶液(或缓冲液),依次类推。

（3）在进样的过程中，通过轻薄笔记本或平板电脑观察现象，通过光强差进行检测。

本发明使用重力进样芯片，是一种无动力进样芯片，可以有效的减小装置的体积，使用方便。

本装置要将摄像机连接到电脑，才可以方便地进行实时检测分析。

本装置的优点在于其体积小、易携带、操作方便、反应快、自带移动电源、适用范围广、可满足户外现场检测的需求。

本发明提供的小型表面等离子体子共振成像检测装置可以一定程度上摆脱外部设备的束缚，同时实现相对稳定，精确的液体控制，因而受到越来越多的关注。其中，该装置有以下优点：装置设计合理，体积小，易携带，操作方便，反应快，自带移动电源，适用范围广，可满足户外现场检测的需求。本发明所提出的一种小型表面等离子体子共振成像检测装置是要将上述优点发挥到最大，满足实际的检测需求，可应用在生物医学、环境监测等领域。

附图说明

图1是小型表面等离子体子共振成像检测装置结构示意图，其中1是内置电源，2是固定支架，3是摄像机，4是平行光管，5是固定环，6是平面镜，7是支架，8是棱镜，9为重力进样芯片。

图2是单通道自动进样芯片的剖面图。其中10是微流体层，11是底部传感层12是进样口，13是微流体通道，14是出样口，15是U型的储液槽，16是进样通道，17是废液槽，18是废液移除模块。

图3是用该装置使用重力进样芯片引入流体时得到的图像，其亮度代表了该区域反应的强弱；其中，信号区域为修饰DNA探针的区域，背景区域为修饰谷胱甘肽分子的区域。

图4是用该装置及区域修饰探针的芯片进行DNA杂交实验，通过光强差值来分析得到的SPR动态曲线。

具体实施方式

本发明结合附图和实施例作进一步的说明。

实施例1

参见图1，本发明提供一种小型表面等离子体子共振传感器成像装置，该装置外形为一个长方体，由光线发射模块，进样模块和信号采集模块三部分组成，光线发射模块由内置电源1，平行光管4、固定环5和平面镜6组成，平行光管4由固定环5固定到装置外壳上，进样模块由支架7、棱镜8和重力进样芯片9组成，棱镜8由支架7固定，信号采集模块由摄像机3及其固定支架2组成，整个装置通过摄像机3的引出线将信号连接至显示装置（电脑），即可显示结果。

参见图2，单通道的自动重力进样芯片9由微流体层10、底部传感层11、进样口12、微流体通道13、出样口14、U型的储液槽15、进样通道16、废液槽17和废液移除模块18构成。微流体层10含有至少一个进样单元，所述进样单元由进样口12、微流体通道13、出样口14组成。进样口12由U型的储液槽15和进样通道16组成，出样口14由一个圆柱形的废液槽17和废液移除模块18（海绵、滤纸等）组成。废液移除模块18的前边缘在废液槽17的中部，底部传感层11可以是空白的基底，修饰过无机材料的传感层，或者是修饰了生物分子的DNA芯片和蛋白质芯片。微流体层10和底部传感层11的封接可使用固体胶粘结，等离子处理等方式；如果微流体层10是柔性的高分子聚合物，则轻轻挤压微流体层10也可实现封接。进样时，先装适量缓冲液体在储液槽15中，进样通道16、微流体通道13和废液槽17也会充满缓冲液，直至废液槽17液面与进样通道16上表面齐平；液体全部进入进样通道16后并由入口处的表面张力维持在进样通道16与储液槽15的交接面处，维持在此表面的时间可达10分钟；新样品溶液或缓冲液加入储液槽15，由于重力的存在，新液体继续流向废液槽17。每当液体全部进入进样通道16后，加入新的液体，如此往复，实现溶液的顺序进样。同时要注意，废液移除模块18的容量有限，需及时更换，防止进样量过大。

本装置的芯片材料选用玻璃、硅、高分子聚合物、金属及金属化合物。

本装置自带电源，进行实验时只需打开电源1，使平行光管4工作，而摄像机3连接到电脑，使其处于显示状态。在完成这些工作后，开始针对自动重力进样芯片9进样，该过程结果可由显示设备（如轻薄笔记本或平板电脑等）实时记录。芯片的进样是整个过程的核心部分。

实施例2 利用该芯片进行DNA杂交的一个实例

参见图3，是在使用重力进样芯片9引入流体时得到的SPR的图像，在通道的不同区域修饰着探针或阻碍物。

首先进行进样，装适量缓冲液体在储液槽15中，进样通道16、微流体通道13和废液槽17也会充满缓冲液，直至废液槽17液面与进样通道16上表面齐平；液体全部进入进样通道16后并由入口处的表面张力维持在进样通道与储液槽15的交接面处，维持在此表面的时间可达10分钟；样品溶液加入储液槽15，由于重力的存在，新液体继续流向废液槽17，同样维持10分钟后，继续向储液槽15通入缓冲液，得到图4所示的DNA杂交的结果。结合图3和图4可以区分样品检测的三个阶段，分别为：通入缓冲液时，信号区域与背景区域的SPR信号相对平稳；通入与探针互补的DNA溶液样品时，信号区域的SPR信号变化强烈，而背景区域则没有什么变化；再通入缓冲液，信号区域的SPR信号回复平稳,并且与背景区域的SPR信号有明显的差别。从结果中可以看出，使用该小型SPR成像装置可以实现微小信号的灵敏探测。

使用本发明装置在不同样品溶液(或缓冲液)的进样时间的间隔大于30分钟。

Claims

1.一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，由光线发射模块，进样模块和信号采集模块三部分组成，光线发射模块由内置电源（1），平行光管（4）、固定环（5）和平面镜（6）组成，平行光管（4）由固定环（5）进行固定，进样模块由棱镜（8）和重力进样芯片（9）组成，棱镜（8）由支架（7）固定，信号采集模块由摄像机（3）和固定支架（2）组成，整个装置通过摄像机（3）的引出线将信号连接至显示设备显示结果。

2.根据权利要求1所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，重力进样芯片（9）由微流体层（10）、底部传感层（11）、进样口（12）、微流体通道（13）、出样口（14）、U型的储液槽（15）、进样通道（16）、废液槽（17）和废液移除模块（18）构成，微流体层（10）含有至少一个进样单元，由进样口（12）、微流体通道（13）、出样口（14）组成进样单元，进样口（12）由U型的储液槽（15）和进样通道（16）构成，出样口（14）由一个圆柱形的废液槽（17）和废液移除模块（18）构成，废液移除模块（18）的前边缘在废液槽（17）的中部，底部传感层（11）选用修饰过无机材料的空白的基底，微流体层（10）和底部传感层（11）的选用固体胶粘结或等离子处理方式封接。

3.根据权利要求1所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，芯片材料可以是玻璃、硅、高分子聚合物、金属及金属化合物。

4.根据权利要求1所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，外形为一个长方体。

5.根据权利要求2所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，废液移除模块（18）选用海绵或滤纸。

6.根据权利要求2所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，底部传感层（11）选用修饰了生物分子的DNA芯片和蛋白质芯片的空白的基底。

7.根据权利要求2所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置，其特征在于，当微流体层（10）选用柔性的高分子聚合物时，轻轻挤压微流体层（10）实现与底部传感层（11）的封接。

8.根据权利要求1所述的一种表面等离子体子共振传感器成像装置在生物医学、食品卫生、环境检测中的流体分析中应用。