CN104614367B - 一种多通道光学检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种多通道光学检测系统，该多通道光学检测系统的多通道反应室包括M个反应室，M为大于等于30的整数，每个反应室对应一个单独通道，每个单独通道都检测一个单分子级别的反应，所以M个反应室产生的荧光不会相互重叠、相互影响，所获得的图像中阳性和阴性对照鲜明，这样统计多通道反应室中M个反应室的结果，在待测物为微量的情况下即能够得出精确、稳定的实验结果，从而满足了现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
Description
技术领域
本发明涉及光学分析检测领域，尤其涉及一种多通道光学检测系统。
背景技术
在学术研究、医疗诊断、工业研究、环境监测、食品安全、化学检测等等领域中，经常需要对待测样品中的目标分析物进行检测，才能够根据检测对目标分析物做出正确的判断。
目前，针对目标分析物的检测，通常需要使用放大扩增来提供测量信号，主要包括酶联免疫吸附测定方法(英文：enzyme linked immunosorbent assay；简称：ELISA)、聚合酶链式反应方法(英文：Polymerase Chain Reaction；简称：PCR)或免疫PCR方法(简称：Immuno PCR)，但是，在这三种常用的检测方法中，ELISA方法和PCR方法的特征是基于总的反应效果，这就需要大量的分子来产生检测阈值所需的信号，这种需要大大限制了ELISA方法、PCR方法的灵敏度和待测样品的浓度变化范围，而Immuno PCR方法虽然实现单分子水平的蛋白质检测，敏感性也比ELISA高，但其操作过程中例如PCR循环复杂，而且由于它将待检抗原直接吸附固相，这样固相的均质性必然对结果有很大的影响，同时检测的样品液中其它成分也可以吸咐固相，极易产生背景过高或精确度下降的缺点。
可以看出，针对目标分析物的检测方法对待测样品本身的浓度和纯净度要求较高，无法满足越来越多的对目标分析物进行检测时微量的需求。
因此，现有技术中亟需一种能够微量地检测目标分析物的方法。
发明内容
本发明实施例通过提供一种多通道光学检测系统，用以满足现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
本发明实施例提供了一种多通道光学检测系统，包括：
垫片，所述垫片的第一面用于承载荧光受激物；
多通道反应室，设置于所述垫片的第一面所在的一侧，所述多通道反应室包括M个具有单独通道的反应室，M为大于等于30的整数，所述反应室用于容置待测对象，其中，所述反应室所在的一侧与所述垫片的第一面相对；
物镜，设置于所述多通道反应室的通道所在的一侧；
激发光束生成装置，用于生成激发光束，所述激发光束用于激发所述荧光受激物生成激发荧光；
第一分光装置，设置于所述物镜远离所述多通道反应室的一侧，用于将所述激发光束反射至所述垫片；
图像接收装置，用于接收所述荧光受激物受所述激发光束激发而生成的所述激发荧光。
可选地，所述多通道反应室具体为光纤阵列反应室。
可选地，所述激发光束生成装置具体包括第一光源和第一滤片，所述第一光源能够提供所述激发光束。
可选地，所述多通道光学检测系统还包括：
淬灭光束生成装置，用于生成淬灭光束，所述淬灭光束用于去除所述荧光受激物的本底荧光；
第二分光装置，设置于所述第一分光装置远离所述物镜的一侧，用于反射所述淬灭光束。
可选地，所述淬灭光束生成装置具体包括第二光源和第二滤片，所述第二光源能够提供所述淬灭光束。
可选地，所述多通道光学检测系统还包括发射滤片，所述发射滤片设置于所述第二分光装置和所述图像接收装置之间，用于阻挡波长小于所述激发荧光的波长的光束。
可选地，所述图像接收装置包括图像传感器，所述图像传感器用于根据所述激发荧光生成对应的荧光图像。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于本发明实施例提供的多通道光学检测系统的多通道反应室包括M个反应室，M为大于等于30的整数，每个反应室对应一个单独通道，每个单独通道都检测一个单分子级别的反应，所以M个反应室产生的荧光不会相互重叠、相互影响，所获得的图像中阳性和阴性对照鲜明，这样统计多通道反应室中M个反应室的结果，在待测物为微量的情况下即能够得出精确、稳定的实验结果，从而满足了现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多通道光学检测系统的示意图；
图2A为本发明实施例提供的光纤阵列反应室的立体示意图；
图2B为本发明实施例提供的光纤阵列反应室的制作示意图；
图3为本发明实施例提供的待测物的示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种多通道光学检测系统，用以满足现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
请参考图1，图1是本发明实施例提供的多通道光学检测系统的示意图，如图1所示，该多通道光学检测系统包括：
垫片101，垫片101的第一面用于承载荧光受激物；
多通道反应室102，设置于垫片101的第一面所在的一侧，多通道反应室102包括M个具有单独通道的反应室，M为大于等于30的整数，反应室用于容置待测对象，其中，反应室所在的一侧与垫片101的第一面相对；
物镜103，设置于多通道反应室102的通道所在的一侧；
激发光束生成装置104，用于生成激发光束，激发光束用于激发荧光受激物生成激发荧光；
第一分光装置105，设置于物镜103远离多通道反应室102的一侧，用于将激发光束反射至垫片101，第一分光装置可以是一分光镜，在此不做限制；
图像接收装置106，用于接收荧光受激物受激发光束激发而生成的激发荧光。
在本实施例中，多通道反应室102具体为光纤阵列反应室，请参考图2A和图2B，图2A是本发明实施例提供的光纤阵列反应室的立体示意图，如图2A所示，光纤的内部是高折射率的材料，外部包覆低折射率的材料，使得光在其内发生最小衰减的全内反射，光纤的内部和外部材料都由硅组成，只是其掺杂不同，使得它们的酸腐蚀特性不同，在酸溶液中内部材料比外部材料更容易腐蚀，利用该特性可以将光纤束酸蚀刻成光纤阵列。例如，请参考图2B，图2B是本发明实施例提供的光纤阵列反应室的制作示意图，如图2B所示，可以以低浓度盐酸溶液腐蚀光纤阵列几分钟，即可以获得微孔阵列，从而在光纤束表面形成作为独立反应室1021的微孔。当然了，光纤阵列反应室的制作不限于蚀刻技术，也可使用光刻，冲压工艺，模制技术等。光纤阵列反应室可以包含30个至多达5万个单独的反应室，每个反应室的直径可以为4.5μm，当然了，也可以根据实际情况，将反应室的直径调整为其他数值，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。
在具体实施过程中，请继续参考图1，激发光束生成装置104具体包括第一光源1041和第一滤片1042，第一光源1041能够提供激发光束，例如第一光源可以采用金属卤化物灯泡，其能够提供340nm-650nm的激发光束，该光谱覆盖了当前所使用的荧光染料需要的激发光谱，第一滤片1042可以为中心波长较短如405或488纳米的滤片。
在具体实施过程中，请继续参考图1，本发明实施例提供的多通道光学检测系统还包括发射滤片107，发射滤片107设置于第一分光装置105和图像接收装置106之间，能够阻挡波长小于激发荧光的波长的光束，从而避免了激发荧光之外的其他光束进入图像接收装置而对实验结果造成影响，同时也避免了较高能量的短波长对图像传感器的损耗。
在具体实施过程中，请继续参考图1，图像接收装置106包括图像传感器，图像传感器可以是电荷耦合元件(英文：Charge-coupled Device；简称：CCD)或互补金属氧化物半导体(英文：Complementary Metal Oxide Semiconductor；简称：CMOS)等等，能够根据激发荧光生成对应的荧光图像。
在实际应用中，可以将待测物置入本发明实施例提供的多通道光学检测系统的多通道反应室102的各个反应室中，从而对待测物进行检测。
请参考图3，图3是本发明实施例提供的待测物的示意图，如图3所示，该待测物包括微珠1、与待测物结合的物质2(例如：抗体，以下都称抗体)、待测物3(例如：抗原，以下都称抗原)、生物素4、链霉亲和素5、酶6。微珠1与抗体2连接，抗原3和生物素4结合构成生物素化抗原，抗体2和生物素化的抗原通过特异性结合，酶6和生物素4结合构成生物素化酶，生物素4和链霉亲和素5结合，理论上一个链霉亲和素5可以和四个生物素4结合。酶和它的底物7结合，发生反应生成荧光产物8。
在本实施例中，微珠可以是由聚苯乙烯制成的直径2.8微米的珠子，在其它实施例中，并不限制于此，通过本实施例的介绍，本领域所属领域的技术人员能够根据实际情况选择合适的珠子，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。
在本实施例中，结合图3介绍待测物中微珠的制作过程：
第一步，用血管性血友病因子VWF捕获抗体3(如RFF-VIII R/1)功能化磁珠1：首先，把适量VWF捕获抗体溶解在硼酸钠缓冲液中，再将硫酸铵加入到抗体溶液，所得抗体溶液加入到有胺基活性的磁珠中，在37℃下混合反应培养30分钟；接着，用磁分离器分出去上清液，将PBS缓冲液加入到磁珠溶液中，让磁珠在37℃下密封，用PBS缓冲液冲洗功能化的微珠3次；最后，用PBS缓冲液将珠子稀释，等分储存于4℃下备用。
第二步，用生物素标4标记待测的VWF抗原2：首先，将VWF待测抗原溶解在pH为7.4的PBS缓冲液中，得到待测抗原溶液，并将pH为7.4的PBS缓冲液加入到含有生物素化试剂(sulfo-NHS-biotin)的小瓶中，得到储备溶液；接着，将储备溶液加入到待测抗原溶液中，在室温下混合一小时；然后，用盐析柱将生物素化的抗体纯化，并将纯化的复合物稀释制备成储备液；最后，在零下20℃下保存备用。
第三步，用第一步中功能化的磁珠1捕获待测抗原3：首先，将生物素化的待测抗原溶液与带捕获抗体的磁珠1在室温下一起培养45分钟；接着，将磁珠1分离并用PBS冲洗3次；然后将链霉亲和素5和生物素化的β-半乳糖核苷酶6与磁珠1在室温下培养30分钟；最后，将磁珠1分离出来，用PBS缓冲液冲洗3次。
当然，上述微珠的制作过程只是一个示例，本领域所属的技术人员能够根据实际情况对制作过程进行调整，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。
在本实施例中，在垫片101上放酶的底物。酶催化底物发生反应生成荧光产物。在激发光束的激发下产生激发荧光，物镜103使激发荧光通过，但激发光束不能通过，荧光通过第一分光装置105到达图像传感器，图像传感器能够根据激发荧光生成对应的荧光图像，并且可以将荧光图像传给计算机，则可以供计算机分析检测结果。
在具体实施过程中，为了避免底物的本底荧光对实验结果的影响，请继续参考图1，如图1所示，该多通道光学检测系统还可以包括：
淬灭光束生成装置108，用于生成淬灭光束，淬灭光束用于去除荧光受激物的本底荧光；
第二分光装置109，设置于第一分光装置105远离物镜103的一侧，用于反射淬灭光束。
在实际应用中，淬灭光束生成装置具体包括第二光源1081和第二滤片1082，第二光源1081能够提供淬灭光束，例如，第二光源1081可以采用与第一光源相同的金属卤化物灯泡或者汞灯，第二滤片1082采用紫外波段如488纳米的滤片。另外，还可以通过软件控制声光调谐滤波器调节激光光束及强度，输出强激光用于淬灭本底荧光。
这样，预先通过使用淬灭光束生成装置108生成的淬灭光束照射酶的底物，消除本底荧光，再将其与荧光标记物反应，然后再按前述介绍的步骤进行检测，从而进一步提高实验结果的准确性与稳定性。
在具体实施过程中，请继续参考图1，本发明实施例提供的多通道光学检测系统的图像接收装置106还可以包括目镜1062，如图1所示，可以通过一分光镜1063将激发荧光一部分反射至目镜中，方便观测者通过目镜直接观察实验结果，另一部分同时投射至图像传感器1061中。
通过上述部分可以看出，由于本发明实施例提供的多通道光学检测系统的多通道反应室包括M个反应室，M为大于等于30的整数，每个反应室对应一个单独通道，每个单独通道都检测一个单分子级别的反应，所以M个反应室产生的荧光不会相互重叠、相互影响，所获得的图像中阳性和阴性对照鲜明，这样统计多通道反应室中M个反应室的结果，在待测物为微量的情况下即能够得出精确、稳定的实验结果，从而满足了现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
进一步地，本发明实施例提供的多通道光学检测系统还能够同时检测不同结构的金属纳米颗粒的催化活性，金属纳米颗粒是近年来逐渐应用的一种重要催化剂，其催化活性的高低依赖纳米颗粒的结构，包括：纳米颗粒的形状、大小、结晶度等。
请继续参考图1，可以将不同(如形状不同、大小不同和/或结晶度不同等)的金属纳米颗粒放入多通道反应室102中，在垫片101上放荧光受激物，例如被双氧水氧化的Amplex Red等荧光试剂，荧光试剂经金属纳米颗粒催化生成荧光产物试卤灵(resorufin)，在激发光束的激发下产生激发荧光，激发荧光通过第一分光装置105到达图像传感器，图像传感器根据激发荧光生成对应的荧光图像，并将荧光图像传给计算机，以方便计算机进行图像分析。当然，激发荧光还可以通过分光镜反射到目镜，方便观测者通过目镜直接观察实验结果。
上述本发明实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
由于本发明实施例提供的多通道光学检测系统的多通道反应室包括M个反应室，M为大于等于30的整数，每个反应室对应一个单独通道，每个单独通道都检测一个单分子级别的反应，所以M个反应室产生的荧光不会相互重叠、相互影响，所获得的图像中阳性和阴性对照鲜明，这样统计多通道反应室中M个反应室的结果，在待测物为微量的情况下即能够得出精确、稳定的实验结果，从而满足了现有技术中对能够微量地检测目标分析物的方法的需求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种多通道光学检测系统，其特征在于，包括：
垫片，所述垫片的第一面用于承载荧光受激物；
多通道反应室，设置于所述垫片的第一面所在的一侧，所述多通道反应室包括M个具有单独通道的反应室，M为大于等于30的整数，所述反应室用于容置待测对象，其中，所述反应室所在的一侧与所述垫片的第一面相对，多通道反应室为光纤阵列反应室，光纤的内部是高折射率的材料，外部包覆低折射率的材料；
物镜，设置于所述多通道反应室的通道所在的一侧；
激发光束生成装置，用于生成激发光束，所述激发光束用于激发所述荧光受激物生成激发荧光；
第一分光装置，设置于所述物镜远离所述多通道反应室的一侧，用于将所述激发光束反射至所述垫片；
图像接收装置，用于接收所述荧光受激物受所述激发光束激发而生成的所述激发荧光；
所述多通道光学检测系统还包括：
淬灭光束生成装置，用于生成淬灭光束，所述淬灭光束用于去除所述荧光受激物的本底荧光；
第二分光装置，设置于所述第一分光装置远离所述物镜的一侧，用于反射所述淬灭光束。
2.如权利要求1所述的多通道光学检测系统，其特征在于，所述激发光束生成装置具体包括第一光源和第一滤片，所述第一光源能够提供所述激发光束。
3.如权利要求1所述的多通道光学检测系统，其特征在于，所述淬灭光束生成装置具体包括第二光源和第二滤片，所述第二光源能够提供所述淬灭光束。
4.如权利要求1所述的多通道光学检测系统，其特征在于，所述多通道光学检测系统还包括发射滤片，所述发射滤片设置于所述第二分光装置和所述图像接收装置之间，用于阻挡波长小于所述激发荧光的波长的光束。
5.如权利要求1所述的多通道光学检测系统，其特征在于，所述图像接收装置包括图像传感器，所述图像传感器用于根据所述激发荧光生成对应的荧光图像。
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