CN111208066A - 一种生物检测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种生物检测装置及检测方法，该装置包括：全内反射椭偏成像仪，用于产生探测光束，实时检测固相表面生物分子相互作用的物化反应；电势调制反应池，用于为固相表面提供生物分子静电吸附所需的电势条件；光电耦合单元，用于发生固相表面生物分子相互作用的物化反应并进行光电复合实时检测。本申请基于电势调制作用，能够实时观测带有电荷的生物分子在固相表面的吸附及其物化反应。

Description

一种生物检测装置和方法
技术领域
本申请涉及生物检测技术领域，特别涉及一种生物检测装置和方法，更适用于生物小分子的生物检测。
背景技术
生物分子相互作用的分析对于揭示生命过程的分子机制具有重要的意义，而生物分子数量庞大，需要高通量的分析工具来系统分析生物分子间的相互作用。
目前常见的光学生物传感技术包括斜入射反射差扫描成像装置、反射干涉光谱成像仪和共振波导光栅传感器等。但对于检测小分子或者低浓度蛋白的有效方案上述集中技术都难以实现或者达到理想的效果。
另外，全内反射椭偏成像生物传感器是一种可用于研究生物分子在固相表面吸附行为的光学生物传感器。该传感器利用生物分子在固相表面吸附时引起的光谱吸收、反射以及折射率等光学性质的改变作为检测手段，具有对生物样品破坏小，检测灵敏度高的优点。同时，由于其检测用的样品通常可以避免繁复的预处理步骤。因此，全内反射椭偏成像生物传感器可用于实时、高通量的样品检测，从而在生物医学研究、疾病诊断、制药、食品安全以及环境监测等诸多领域具有广泛的应用。
然而，随着医疗水平的不断提高和人们健康环保意识的觉醒，人们在疾病早期检测、药理学分析和微量污染检测方面，对全内反射椭偏成像生物传感器提出了更高的要求。现有的全内反射椭偏成像生物传感器，针对蛋白质等生物大分子具有较高的检测灵敏度，针对氨基酸等生物小分子，存在吸附量低、无法进行有效的生物分子相互作用分析的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本申请用于解决现有的生物小分子吸附量低、无法进行相互作用分析的问题，提出了一种用于生物小分子的基于电势调制的检测装置和方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本申请提供一种生物检测装置和方法。
根据本申请的一个方面，提供一种生物检测装置，包括：全内反射椭偏成像仪，用于产生探测光束，实时检测固相表面生物分子相互作用的物化反应；电势调制反应池，用于为固相表面提供生物分子静电吸附所需的电势条件；光电耦合单元，用于发生固相表面生物分子相互作用的物化反应并进行光电复合实时检测。
根据本申请的另一个方面，提供一种基于上述生物检测装置的检测方法，包括：步骤1，将一准直的入射光形成偏振光，将该偏振光形成为拓展的探测光束，照射至光电耦合单元；步骤2，在电势调制反应池施加一特定电势，使得带有电荷的生物分子在固相表面吸附，并发生表面物化反应；步骤3，对扩展的探测光束所照射的反应区域的所有点的反射光束同时进行CCD成像测量，获得光学信号。
(三)有益效果
与现有技术相比，本申请利用全内反射椭偏成像技术实时、高通量、高灵敏度的特点，基于电势调制作用，能够实时观测带有电荷的生物分子在固相表面的吸附及其物化反应。
附图说明
图1是本申请实施例的生物检测装置的总体结构示意图；
图2是本申请实施例的电势调制反应池和光电耦合单元的结构示意图；
图3为本申请实施例的生物检测方法的流程图；
其中，图中所示：全内反射椭偏成像仪1，反应腔2，参比电极3，对电极4，微流道5，电势可调电源6，棱镜7，透明固体基片8，信号处理模块9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在本申请的一个实施例中，提供一种生物检测装置，该生物检测装置利用电势调制的全内反射椭偏成像技术来实时检测传感表面生物分子吸附，可以用于研究固相表面生物分子相互作用的物化反应。
在一个实施例中，如图1所示，一种生物检测装置包括全内反射椭偏成像仪、电势调制反应池以及光电耦合单元。其中，全内反射椭偏成像仪用于实时检测固相表面生物分子相互作用的物化反应；电势调制反应池用于为固相表面提供生物分子静电吸附所需的电势条件；光电耦合单元用于进行光电复合实时检测。
在一个实施例中，光电耦合单元还用于在其表面发生所观测的固相生物分子相互作用的物化反应。其中，所述全内反射椭偏成像仪位于光电耦合单元一侧，产生探测光束。其中，电势调制反应池位于所述光电耦合单元的另一侧，提供电势条件。
在一个实施例中，所述全内反射椭偏成像仪用于将一准直的入射光形成偏振光，拓展为探测光束照射至光电耦合单元。
在一个实施例中，所述全内反射椭偏成像仪用于对扩展的探测光束所照射的反应区域的所有点的反射光束同时进行CCD成像测量，获得光学信号。
在一个实施例中，所述电势调制反应池用于接受所施加的特定电势，基于表面电势的调制，使得带有电荷的生物分子由于静电作用在固相表面吸附，并发生表面物化反应。
在一个实施例中，该生物检测装置还包括信号处理模块9，该信号处理模块9用于对采集到的光学信号进行实时处理。
在一个实施例中，如图2所示，光电耦合单元包括棱镜7和透明固体基片8。其中，棱镜7包括入射面、反射面和出射面，反射面接触于所述透明固体基片8。
在一个实施例中，所观测的固相生物分子相互作用的物化反应发生于棱镜的反射面附近。
在一个实施例中，所述生物分子的静电吸附及其表面物化反应生成于透明固体基片的一侧，透明固体基片的另一侧与棱镜的反射面接触，共同构成棱镜的反射面。其中，优选地，该透明固体基片为玻璃基底。
在一个具体的实施例中，如图2所示，该电势调制反应池包括反应腔2、参比电极3、对电极4和微流道5。该电势调制反应池还包括用以给参比电极、对电极以及信号处理模块供电的电势可调电源6。
其中，微流道的底部位于透明固体基片一侧的上方，微流道的两侧分别连通到参比电极和对电极。其中，所述微流道可以为凹形，所述凹部地面位于透明固体基片的上方，两侧的较高部分分别连通参比电极和对电极。
在一个实施例中，所述反应腔中布置缓冲液，所述缓冲液接触所述透明固体基片的正对的一侧。
在一个实施例中，所述参比电极为银/氯化银参比电极3，所述对电极为铂丝对电极4。
在一个实施例中，在棱镜的反射面上有第一镀膜层。
在一个实施例中，在透明固体基片发生固相表面生物分子物化反应的一侧有第二镀膜层。其中，优选地，所述第二镀膜层为镀金膜层。更优选地，所述镀膜层的厚度为50纳米。
在一个实施例中，所述第二镀膜层与电势调制反应池中的缓冲液接触，并通过导线与电势可调电源6连接，作为反应池的工作电极。
在一个实施例中，参见图3，提供一种基于上述生物检测装置的检测方法，该方法包括：步骤1，将一准直的入射光形成偏振光，将该光束形成为拓展的探测光束，以入射角a照射至光电耦合单元；在电势调制反应池施加一特定电势，使得带有电荷的生物分子在固相表面吸附，并发生表面物化反应；对扩展的探测光束所照射的反应区域的所有点的反射光束同时进行CCD成像测量，获得光学信号。
以上所描述的电子设备实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物检测装置，包括：
全内反射椭偏成像仪，用于产生探测光束，及实时检测固相表面生物分子相互作用的物化反应；
电势调制反应池，用于为固相表面提供生物分子静电吸附所需的电势条件；
光电耦合单元，用于发生固相表面生物分子相互作用的物化反应并进行光电复合实时检测。
2.根据权利要求1所述的生物检测装置，其中，所述全内反射椭偏成像仪位于光电耦合单元一侧，所述电势调制反应池位于所述光电耦合单元的另一侧。
3.根据权利要求1所述的生物检测装置，其中，所述电势调制反应池进一步用于：接受所施加的特定电势，基于表面电势的调制，使得带有电荷的生物分子在所述光电耦合单元一侧吸附并发生表面物化反应。
4.根据权利要求1所述的生物检测装置，其中，所述全内反射椭偏成像仪进一步用于：形成拓展的探测光束照射至所述光电耦合单元，并且对扩展的探测光束所照射的反应区域的所有点的反射光束同时进行CCD成像测量，获取光学信号。
5.根据权利要求1所述的生物检测装置，其中，所述光电耦合单元包括棱镜和透明固体基片，其中，所述棱镜的反射面接触于所述透明固体基片，所述透明固体基片上、相对所述反射面的另一侧用于发生生物分子的静电吸附及表面物化反应。
6.根据权利要求5所述的生物检测装置，其中，所述电势调制反应池包括反应腔、参比电极、对电极和微流道，所述微流道的底部位于所述透明固体基片相对所述反射面的另一侧的上方，微流道的两侧分别连通到所述参比电极和所述对电极。
7.根据权利要求5所述的生物检测装置，其中，所述棱镜的反射面上有第一镀膜层，在透明固体基片上、相对所述反射面的另一侧有第二镀膜层。
8.根据权利要求7所述的生物检测装置，其中，所述第二镀膜层与所述电势调制反应池中的缓冲液接触，并通过导线与电势可调电源连接，以作为所述反应池的工作电极。
9.根据权利要求7所述的生物检测装置，其中，所述第二镀膜层为镀金膜层；所述第二镀膜层的厚度为50纳米。
10.一种基于权利要求1-9中任一生物检测装置的检测方法，包括：
步骤1，将一准直的入射光形成偏振光，将该偏振光形成为拓展的探测光束，照射至光电耦合单元；
步骤2，在电势调制反应池施加一特定电势，使得带有电荷的生物分子在固相表面吸附，并发生表面物化反应；
步骤3，对扩展的探测光束所照射的反应区域的所有点的反射光束同时进行CCD成像测量，获得光学信号。
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