CN105842171B - 一种生物化学检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物化学检测系统，包括；芯片，所述芯片上设有若干个用于纳入检测样品的光学微腔；以及设有若干个喷嘴的喷墨头，所述喷嘴与所述光学微腔对应，用于将检测样品注入所述光学微腔内；分别设有光源的第一导光装置和第二导光装置，所述第一导光装置和第二导光装置均与所述光学微腔对应，并分别设置于所述喷墨头行进方向前方和后方，与所述喷墨头作同向运动；用于采集纳入检测样品前所述光学微腔的第一反射光信息和纳入检测样品后所述光学微腔的第二反射光信息。本发明可以将同一样品注入芯片上不同直径的微腔内，检测不同光子限制条件下样品特性的改变，也可以在同一微腔内分别注入不同样品，实现样品混合及反应，大大提高检测效率。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，尤其是指一种生物化学领域的检测系统。。
背景技术
目前，在新型生物传感器芯片测试领域，主要分为电子器件和光子器件两类。光子器件相对于电子器件而言，具有如下优势：1、高带宽(可实现波分复用)，因此拥有更大的信息容量；2、速度更快，以光在介质中的速度传播信息；3、更低的能量损耗，nW-mW量级；4、更低的热损耗；5、抗电磁干扰。
目前，仅有少量的芯片级的光子器件设计应用到生物传感器领域，如光波导，表面等离激元波导和谐振腔，以及环形谐振腔等。近年来，随着硅光子集成器件技术的进展，使得芯片集成光子器件可以应用现有CMOS工艺平台，实现批量化低成本的生产，已经出现了以Genalyte公司为代表的生物芯片制造公司，其主打产品即是以硅环形谐振腔和波导相结合的生物传感芯片。其原理是应用谐振腔对于外界环境折射率微小改变而产生的峰位移动而对样品进行定性及定量的分析。其检测灵敏度可以到达ng/ml量级。可以实现极微量生物样品检测分析。
这些光子芯片的测试过程中，采用喷墨技术进行样品检测就更少，仅有(Lab on aChip,11(2011)1372-1377)文章报道了喷墨技术在光子芯片生物检测时的应用。即喷墨方法滴入样品，然后再在样品的波导两端进行光纤耦合测试。
但是，目前基于谐振腔的生物传感器芯片，不能实现样品进样和检测同时进行，要检测两个或两个以上样品的反应所获得的产物性能也非常费时费力。因此实现更加高效的生物传感器芯片的结构设计是人们所期待的，具有广阔的应用价值。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种生物化学检测系统，其包括；
芯片，所述芯片上设有若干个用于纳入检测样品的光学微腔；以及
设有若干个喷嘴的喷墨头，所述喷嘴与所述光学微腔对应，用于将检测样品注入所述光学微腔内；
分别设有光源的第一导光装置和第二导光装置，所述第一导光装置和第二导光装置均与所述光学微腔对应，并分别设置于所述喷墨头行进方向前方和后方，与所述喷墨头作同向运动；用于采集纳入检测样品前所述光学微腔的第一反射光信息和纳入检测样品后所述光学微腔的第二反射光信息；
通过对采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息进行对比，获得检测样品的光学信息。
进一步地，所述喷嘴之间相互独立，且依次并列排布。
进一步地，所述第一导光装置、第二导光装置均为若干组并排的光纤束，所述光纤束垂直于所述芯片的所在平面。
进一步地，所述光学微腔为表面涂有反射涂层的凹槽。
进一步地，所述反射涂层为一维布拉格反射器薄膜或金属薄膜。
进一步地，所述光学微腔孔径为500nm～100μm。
进一步地，还包括与所述第一导光装置和第二导光装置连接的数据分析器，用于对采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息进行对比，获得检测样品的光学信息。
本发明采用凹形光学微腔和光纤束结合，并集成喷墨打印头的方案，可以使光纤对准和样品滴入同时完成，大大提高检测效率。本发明结构简单，成本低廉，既可以将同一样品注入芯片上不同直径的微腔内，检测不同光子限制条件下样品特性的改变，也可以在同一微腔内分别注入不同样品，实现样品混合及反应，进行生物、医药及化学检测，大大提高检测效率，并降低检测成本。
附图说明
图1为本发明实施例的生物化学检测系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。附图为简化示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的这种生物化学检测系统，如图1所示，包括；芯片10、喷墨头20，第一导光装置31和第二导光装置32、数据分析器40。其中，
在所述芯片10上设有若干个用于纳入检测样品的光学微腔11。所述光学微腔11优选为表面涂有反射涂层(图中未示出)的、开放式的凹槽，其孔径大小为500nm～100μm，为适应不同检测需要，在不同一或不同的芯片上的光学微腔均可以设计为不同尺寸大小。所述反射涂层可以为一维布拉格反射器薄膜或金属(例如Al、Au、Ag)薄膜。
所述喷墨头20设有若干个并列排布的喷嘴21形成喷嘴列，喷嘴21之间相互独立。每个喷嘴21与一个光学微腔11对应，用于将检测样品注入所述光学微腔11内。由于喷嘴21独立设置，喷墨头20中可以容纳相同或不同的检测液体，通过独立的喷嘴21注入至各个独立的光学微腔11中，方便同时检测不同的样品50。在其他实施例中，还可以增设一个甚至更多喷墨头20。例如，在前一喷墨头注入样品后，增设一在后的喷墨头继续在同一光学微腔中注入样品，使得两样品在同一光学微腔中混合或反应。
第一导光装置31、第二导光装置32分别设置于所述喷墨头20行进方向前方和后方，所述第一导光装置31和第二导光装置32分别与所述光学微腔11对应，用于采集光学微腔11的反射光信息。具体地，为配合所述喷嘴20的设置，所述第一导光装置31和第二导光装置32均优选包括有光源(图中未示出)、以及若干组并排的光纤束33。该光源优选为聚合光，如激光；而每个光学微腔11优选对应一条光纤束33(本实施例中光纤束直径为125μm)。利用光在光纤中全反射的原理，使得光在光导纤维的传导损耗很低，保证传导光的信息最完整。为保证光纤束33的最佳工作效果，保持光纤束33始终垂直于所述芯片10的所在平面，光纤束33的下端优选与光学微腔11的中心对应。实际工作中，第一导光装置31和第二导光装置32各自排成的光纤列与所述喷嘴列平行，第一导光装置31和第二导光装置32与所述喷墨头20作同向运动，即第一导光装置31、喷墨头20、第二导光装置32在芯片10表面沿同一方向(如图1所示中，为向右方向)位移，喷墨头20前方的第一导光装置31对准某几个指定的光学微腔11进行光辐照，通过光纤束33采集纳入检测样品50前该指定的光学微腔11的第一反射光信息；随后喷墨头20达到该指定的光学微腔11位置，由喷嘴21将检测样品50注入该光学微腔11中，然后继续前移；待第二导光装置32达到该指定的光学微腔11进行光辐照，采集纳入了检测样品50后该指定的光学微腔11的第二反射光信息。
还包括与所述第一导光装置31和第二导光装置32连接的数据分析器40，用于对采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息进行对比，获得检测样品50本身的反射光谱信息。具体地，数据分析器40可例如为具有光谱分析软件的计算机系统。
下面，将结合图1介绍本发明生物化学检测系统的工作步骤：
步骤1：将设置有光学微腔11的芯片10平稳设置于检测台(图中未示出)上，往所述喷墨头20上注入检测样品50。将所述喷嘴21、第一导光装置31和第二导光装置32一字型排列，与芯片10上的光学微腔11在空间上一一对位。设定喷墨头20向右为前进方向，则第一导光装置31和第二导光装置32分别位于喷墨头20的前后两侧。
步骤2，打开光源，启动第一导光装置31向右平移，到达指定的三维光学微腔11上方。采集无纳入检测样品时，由光源发射出的激光经过光纤束33传导最终辐照至所述光学微腔11内；光学微腔11涂覆的反射涂层对所述激光进行反射，得到反射光谱信息(即第一反射光信息)再次经由所述光纤束33传导并输出至所述数据分析器40中作为定标数据。在整个检测过程中，所述第一导光装置31除了起光谱定标的作用，还起到空间定位的作用。即第一导光装置31定位完成后，喷墨头20、第二导光装置32随之移动相同的距离，即可完成喷墨头20、第二导光装置32与光学微腔11的对位。对位的精度可根据光谱特征判断，即光纤束反射强度以空间位置为函数时，总光强减小到最低的空间位置即为要对准的光学微腔的位置。
步骤3：控制所述喷墨头20向右平移与所述第一导光装置31相同的距离，使得喷墨头20到达指定的光学微腔11上方。通过所述喷嘴21将检测样品50注入至经过第一导光装置31标定过的光学微腔11中。此时，完成喷墨的喷墨头20继续向右移动，同时控制第二导光装置32也随之向已装有检测样品50的光学微腔移动。
步骤4：第二导光装置32向右平移到达指定的光学微腔11上方，类似地，利用第二导光装置32中光源对装有检测样品50的光学微腔11进行辐照，光纤束33垂直指向该检测样品50，采集到的检测样品50反射光谱信息(第二反射光信息)通过光纤束33传导，并将该第二反射光信息传输至所述数据分析器40中。
步骤5，此时，数据分析器40将获得的第一反射光信息与第二反射光信息通过数据分析软件做对比，则得到样品反射谱峰位偏移量——样品本身的光学信息。由此实现多通道复用的高效率生物、医药及化学样品的检测。
Claims (7)
1.一种生物化学检测系统，其特征在于，包括；
芯片，所述芯片上设有若干个用于纳入检测样品的光学微腔；以及
设有若干个喷嘴的喷墨头，所述喷嘴与所述光学微腔对应，用于将检测样品注入所述光学微腔内；
分别设有光源的第一导光装置和第二导光装置，所述第一导光装置和第二导光装置均与所述光学微腔对应，并分别设置于所述喷墨头行进方向前方和后方，与所述喷墨头作同向运动；用于采集纳入检测样品前所述光学微腔的第一反射光信息和纳入检测样品后所述光学微腔的第二反射光信息；
通过定位第一导光装置移动到所述光学微腔的距离，控制所述喷墨头、所述第二导光装置移动相同的距离以实现与所述光学微腔的对位；
通过对采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息进行对比，获得检测样品的光学信息。
2.根据权利要求1所述的生物化学检测系统，其特征在于，所述喷嘴之间相互独立，且依次并列排布。
3.根据权利要求1或2所述的生物化学检测系统，其特征在于，所述第一导光装置、第二导光装置均为若干组并排的光纤束，所述光纤束垂直于所述芯片的所在平面。
4.根据权利要求3所述的生物化学检测系统，其特征在于，所述光学微腔为表面涂有反射涂层的凹槽。
5.根据权利要求4所述的生物化学检测系统，其特征在于，所述反射涂层为一维布拉格反射器薄膜或金属薄膜。
6.根据权利要求4所述的生物化学检测系统，其特征在于，所述光学微腔孔径为500nm～100μm。
7.根据权利要求1所述的生物化学检测系统，其特征在于，还包括与所述第一导光装置和第二导光装置连接的数据分析器，用于对采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息进行对比，获得检测样品的光学信息。
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