CN117147448A - 一种表面等离激元共振成像检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种表面等离激元共振成像检测系统及方法，属于表面等离激元共振成像技术领域，本系统包括储液区、多路选择阀、连续流动泵、分液器、机械臂、样本存放区、溢流清洗区和光学检测区；多路选择阀的多个可选接口连接储液区，多路选择阀的公共接口连接连续流动泵，连续流动泵的一侧连接分液器，分液器与机械臂的一端连接；样本存放区、溢流清洗区和光学检测区设置在机械臂的一侧。样本从取样针流出后的四周溢流，相比于孵育方法而言，利用本方法的样品能够流动，所以检测效果更好，相比于传统微流体的定向流动的装置制造工艺而言，本系统制造简单。
Description
技术领域
本发明属于表面等离激元共振成像技术领域，尤其涉及一种表面等离激元共振成像检测系统及方法。
背景技术
SPR现象是一种光在金属薄膜层发生反射时,特定的入射角度下因共振反射光强度显著衰减的现象。SPR传感器是一种利用SPR现象测量金属薄膜层上方液体样本折射率的技术，因生化反应过程中，表面物质的吸附与折射率变化大致成正比，SPR生物传感器可以与检测生化反应的过程。SPR检测中有波长检测，角度检测，强度检测和相位检测四种检测原理。
根据检测方法可以分为纳米球检测，棱镜耦合检测，光纤耦合检测，光栅耦合检测四种。
在四种检测方法中，纳米球检测与光纤耦合检测两种方法属于不同技术路线，与本检测技术无重叠。
已有的棱镜耦合SPR和光栅耦合SPR技术中，所采用的样本递送方法主要为腔室型的表面微流体结构或直接孵育方法。
腔室型的表面微流体，即通一定的材料塑形方法在传感器表面创造出带有一进口一出口的微流体区域。样本从存放区域先被取出进入集成微流体管道入口，随后从集成微流体管道出口进入传感器表面微流体入口后沿着流体结构所规定的单一特定的方向流向出口。
直接孵育，即在传感器表面上方预制容器壁，并将待测样本直接加入传感器与容器壁所形成的容器。
于此基础上，只要是自动化的检测设备，还都需要配备自动化取样器。
腔室型的表面微流体的机械结构制作相对复杂，加工难度大，并且需要集成微流体支持才能完成样本向传感器的递送。集成微流体需要复杂的控制才能避免取样系统连续管路中不同液体的接触，集成微流体中复杂的泵阀结构有更大的老化和故障风险，容易受腐蚀性或粘附性的样本影响，清洗过程繁琐耗时。
在SPR检测过程中样本必须以一定的速度流通才能与传感器表面充分接触反应并被检测，孵育方法因样本不流通，所以检测效果不好，应用较少。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种表面等离激元共振成像检测系统及方法，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、加工难度低且样本能够在检测芯片上流通的表面等离激元共振成像检测系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种表面等离激元共振成像检测系统，包括储液区、多路选择阀、连续流动泵、分液器、机械臂、样本存放区、溢流清洗区和光学检测区；
多路选择阀的多个可选接口连接储液区，多路选择阀的公共接口连接连续流动泵，连续流动泵的一侧连接分液器，分液器与机械臂的一端连接；
样本存放区、溢流清洗区和光学检测区设置在机械臂的一侧。
进一步的，储液区包括多个容纳间，多个容纳间之间互相独立。
进一步的，连续流动泵包括两个液体接口，一个与多路选择阀连接，另一个与分液器连接。
进一步的，分液器包括分液器本体和多个取样针，分液器本体的上部与连续流动泵连接，分液器本体的下方与取样针连接。
进一步的，取样针为长管型结构。
进一步的，溢流清洗区包括多个清洗槽。
进一步的，清洗槽为盲孔。
进一步的，光学检测区包括检测槽隔板、检测芯片和SPR光学传感器，检测槽隔板的底部与检测芯片贴合，检测芯片的下方设置有SPR光学传感器。
进一步的，多个检测槽隔板之间形成检测槽。
进一步的，SPR光学传感器包括棱镜、成像装置和光源，检测芯片下方设置有棱镜，棱镜的一侧设置有成像装置，棱镜的另一侧设置有光源。
进一步的，溢流清洗区和光学检测区的上方均设置有溢流收集器。
本发明提供了一种表面等离激元共振成像检测方法，利用上述表面等离激元共振成像检测系统，包括以下步骤：
步骤S1：机械臂带动分液器移动至溢流清洗区，连续流动泵向溢流清洗区中泵送液体，实现分液器的取样针的清洗；
步骤S2：机械臂带动分液器移动至光学检测区，连续流动泵向光学检测区中泵送液体，实现光学检测区的清洗和归零校准；
步骤S3：机械臂带动分液器移动至样本存放区，分液器的取样针通过连续流动泵实现样本的吸取；
步骤S4：机械臂带动分液器移动至光学检测区，连续流动泵将储液区的液体向分液器方向进行泵送，位于缓冲液前面的样本也被泵送到光学检测区的检测槽底部；待样本完全脱离分液器后，连续流动泵向分液器方向吸取泵送样本，样本重新回到分液器中，自此完成一个检测循环，重复多个检测循环完成一次样本检测，并记录光学检测区的SPR光学传感器信号变化；
步骤S5：完成一次样本检测后，多路选择阀连接用户设定的液体，连续流动泵向分液器方向泵送液体到光学检测区，进行反应过程解离段的观测。
进一步的，所述步骤S1中，多路选择阀先选择移动至储液区具有清洗功能的缓冲液，然后连续流动泵向溢流清洗区中泵送缓冲液，连续流动泵向分液器方向泵送所述缓冲液至溢流清洗区，所述缓冲液从溢流清洗区的清洗槽的开口处溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集。
进一步的，所述步骤S2中，机械臂带动分液器移动至光学检测区，多路选择阀先选择移动至储液区具有清洗功能的缓冲液，连续流动泵向分液器方向泵送所述缓冲液至光学检测区，所述缓冲液从光学检测区的检测槽的上方溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集，完成对光学检测区的清洗和归零校准。
进一步的，所述步骤S3中，多路选择阀先连接储液区的废液容纳间，然后连续流动泵向多路选择阀方向泵送样本至用户设定的样本体积，实现样本的吸取。
进一步的，所述步骤S4中，多路选择阀先连接用户设定的储液区的缓冲液容纳间，连续流动泵向分液器方向以用户设定的速度泵送缓冲液，在推送缓冲液时，位于缓冲液前面的样本被泵送到光学检测区的检测槽底部，待全部的样本脱离取样针后，连续流动泵向分液器方向以用户设定的速度泵送液体，将检测槽中的样本吸取回分液器的取样针。
本发明一种表面等离激元共振成像检测系统，样本能够从取样针流出后向四周溢流，所以检测效果好，相比于传统微流体的定向流动的装置制造工艺而言，本系统制造简单；在SPR光学传感器进行光学检测的区域为样本入口沿着液体流动方向在SPR光学传感器上的投影，即样本入口的正下方区域；反应的全程，样本仅与分液器的取样针接触，不需要通过任何其他流体组件，避免了样本的污染；与孵育式检测相比，检测过程中，SPR光学传感器表面液体能够按设定流速进行流通；通过使用多个取样针并联的方法实现高通量检测。
本发明提供了一种表面等离激元共振成像检测方法使用由的分液器和机械臂组成的自动取样器，实现向光学检测区的SPR光学传感器直接递送样本；样本在检测芯片上的流通方向为样本从取样针流出后的四周溢流，相比于孵育方法而言，利用本方法的样品能够流动，所以检测效果更好，相比于传统微流体的定向流动的装置制造工艺而言，本系统制造简单；SPR光学传感器微流体仅有一个液体进出口即检测槽，制造工艺简单，而传统微流体一般有两个进出口，制造工艺复杂。
附图说明
图1是本发明一种表面等离激元共振成像检测系统的结构示意图。
1、储液区；2、多路选择阀；3、连续流动泵；4、分液器；41、分液器本体；42、取样针；5、机械臂；6、样本存放区；7、溢流清洗区；71、清洗槽；8、光学检测区；81、检测槽；82、检测槽隔板；83、检测芯片；84、SPR光学传感器；841、棱镜；842、成像装置；843、光源。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种表面等离激元共振成像检测系统及方法进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本发明一种表面等离激元共振成像检测系统，包括储液区1、多路选择阀2、连续流动泵3、分液器4、机械臂5、样本存放区6、溢流清洗区7和光学检测区8；
多路选择阀2的多个可选接口连接储液区1，多路选择阀2的公共接口连接连续流动泵3，连续流动泵3的一侧连接分液器4，分液器4与机械臂5的一端连接；
样本存放区6、溢流清洗区7和光学检测区8设置在机械臂5的一侧。
实施例2：
如图1所示，本发明一种表面等离激元共振成像检测系统，包括储液区1、多路选择阀2、连续流动泵3、分液器4、机械臂5、样本存放区6、溢流清洗区7和光学检测区8；
多路选择阀2的多个可选接口连接储液区1，多路选择阀2的公共接口连接连续流动泵3，连续流动泵3的一侧连接分液器4，分液器4与机械臂5的一端连接；
样本存放区6、溢流清洗区7和光学检测区8设置在机械臂5的一侧。
本实施例与第一实施例不同之处在于：
储液区1包括多个容纳间，容纳间包括废液容纳间和多个缓冲液容纳间，多个容纳间之间互相独立，分别盛装不同的液体，多个容纳间通过流体管道与多路选择阀2的可选接口连接，多路选择阀2能够选择不同液体输送到分液器4中。
多路选择阀2包括一个公共接口(COM)和多个可选接口，每个可选接口连接不同的容纳间，公共接口连接连续流动泵3。多路选择阀2能够选择将不同的可选接口与公共接口连接。
连续流动泵3包括两个液体接口，一个与多路选择阀2连接，另一个与分液器4连接，控制系统能够控制连续流动泵3流速和方向，实现精确的流体控制。
分液器4能够根据需要将流体分为具有相同流速和压力的多路流体，分液器4包括分液器本体41和多个取样针42，分液器本体41的上部与连续流动泵3连接，分液器本体41的下方与取样针42连接，取样针42为长管型结构，取样针42能够流通液体，并在液体转移过程中储存一定量的液体样本进行中转。
机械臂5能够将分液器4移动到样本存放区6，溢流清洗区7和光学检测区8。
样本存放区6，用于存放待检测的样本。
溢流清洗区7包括多个垂直放置的清洗槽71，清洗槽71为盲孔，当分液器4的取样针42中的液体流进盲孔，并且所述液体从取样针42与盲孔之间的间隙溢出时，液体流过盲孔和取样针42外壁，从而实现清洗取样针42的功能。
光学检测区8包括检测槽隔板82、检测芯片83和SPR光学传感器84，SPR光学传感器84包括棱镜841、成像装置842和光源843，检测槽隔板82的底部与检测芯片83贴合，多个检测槽隔板82之间形成检测槽81，检测芯片83下方设置有棱镜841，棱镜841的一侧设置有成像装置842，棱镜841的另一侧设置有光源843。样本注入过程中，SPR光学传感器84能够实时检测反应过程。
溢流清洗区7和光学检测区8的上方均设置有溢流收集器：由管道和独立于微流体系统自主运行的蠕动泵组成，当在光学检测8区或溢流清洗区7有液体溢出检测槽81或盲孔时将溢出的液体作为废液回收。
连续流动泵3为现有技术，这里指能够通过控制以不同方向运转泵送流体,且在以任意指定方向运行的过程中,泵送体积理论没有上限且可连续不间断运行的单一结构或复合结构的流体泵。
本实施例一种表面等离激元共振成像检测系统的工作过程如下：
用户按要求准备储液区1的液体，准备样本存放区6的待检测的样本，准备光学检测区8的SPR光学传感器84。
机械臂5带动分液器4移动至溢流清洗区7。
多路选择阀2选择移动至储液区1具有清洗功能的缓冲液，连续流动泵3向分液器4方向泵送所述缓冲液至溢流清洗区7，所述缓冲液从清洗槽71的开口处溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集。
机械臂5带动分液器4移动至光学检测区8，多路选择阀2选择移动至储液区1具有清洗功能的缓冲液，连续流动泵3向分液器4方向泵送所述缓冲液至光学检测区8，所述缓冲液从检测槽81的上方溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集，从而完成对光学检测区8的清洗和归零校准。
机械臂5带动分液器4移动至样本存放区6。
多路选择阀2连接废液容纳间，连续流动泵3向多路选择阀2方向泵送样本至用户设定的样本体积，此时样本会被吸取并暂时存放在分液器4的取样针42中。
机械臂5带动分液器4光学检测区8。
多路选择阀2连接用户设定的储液区1的缓冲液容纳间，连续流动泵3向分液器4方向以用户设定的速度缓慢泵送缓冲液，在推送缓冲液的时候，通过缓冲液的液力传动作用，位于缓冲液前面的样本也被缓慢泵送到检测槽81底部，样本脱离取样针42后，向四周溢流；待全部的样本脱离取样针42后，连续流动泵3向分液器4方向以用户设定的速度缓慢泵送液体，将检测槽81中的样本吸取回分液器4的取样针42，自此完成一个检测循环，根据用户设定重复多个检测循环以完成一次样本检测。过程中，记录SPR光学传感器84信号变化用于推算所观测的反应动力学。缓冲液的液力传动作用，避免了推送过程中由于空气压缩产生的体积误差。
完成一次样本检测后，此时所有的样本应当都在分液器4的取样针42中，机械臂移动至样本存放区6，连续流动泵3向分液器4方向泵送液体，将检测后的样本回收至原先取出的位置。如果不需要回收样本则跳过此步骤。
多路选择阀2连接用户设定的缓冲液，连续流动泵3向分液器4方向泵送液体，进行反应过程解离段的观测。
连续流动泵3向分液器4方向泵送液体过程中按用户设置和计算的体积切换多路选择阀2实现不同功能液体向SPR光学传感器84表面的连续输送，实现如SPR光学传感器84表面重生等功能。
实施例3：
本发明一种表面等离激元共振成像检测方法，利用上述表面等离激元共振成像检测系统，包括以下步骤：
步骤S1：机械臂5带动分液器4移动至溢流清洗区7，连续流动泵3向溢流清洗区7中泵送液体，实现分液器4的取样针42的清洗；
步骤S2：机械臂5带动分液器4移动至光学检测区8，连续流动泵3向光学检测区8中泵送液体，实现光学检测区8的清洗和归零校准；
步骤S3：机械臂5带动分液器4移动至样本存放区6，分液器4的取样针42通过连续流动泵3，实现样本的吸取；
步骤S4：机械臂5带动分液器4移动至光学检测区8，连续流动泵3将储液区1的液体向分液器4方向进行泵送，位于缓冲液前面的样本也被泵送到光学检测区8的检测槽81底部；待样本完全脱离分液器4后，连续流动泵3向分液器4方向吸取泵送样本，样本重新回到分液器4中，自此完成一个检测循环，重复多个检测循环完成一次样本检测，并记录光学检测区8的SPR光学传感器84信号变化；
步骤S5：完成一次样本检测后，多路选择阀2连接用户设定的液体，连续流动泵3向分液器4方向泵送液体到光学检测区8，进行反应过程解离段的观测；
所述步骤S1中，多路选择阀2先选择移动至储液区1具有清洗功能的缓冲液，然后连续流动泵3向溢流清洗区7中泵送缓冲液，连续流动泵3向分液器4方向泵送所述缓冲液至溢流清洗区7，所述缓冲液从溢流清洗区7的清洗槽71的开口处溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集。
所述步骤S2中，机械臂5带动分液器4移动至光学检测区8，多路选择阀2先选择移动至储液区1具有清洗功能的缓冲液，连续流动泵3向分液器4方向泵送所述缓冲液至光学检测区8，所述缓冲液从光学检测区8的检测槽81的上方溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集，完成对光学检测区8的清洗和归零校准。
所述步骤S3中，多路选择阀2先连接储液区的废液容纳间，然后连续流动泵3向多路选择阀2方向泵送样本至用户设定的样本体积，实现样本的吸取。
所述步骤S4中，多路选择阀2先连接用户设定的储液区1的缓冲液容纳间，连续流动泵3向分液器4方向以用户设定的速度泵送缓冲液，在推送缓冲液时，位于缓冲液前面的样本被泵送到光学检测区8的检测槽81底部，待全部的样本脱离取样针42后，连续流动泵3向分液器4方向以用户设定的速度泵送液体，将检测槽81中的样本吸取回分液器4的取样针42。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，包括储液区、多路选择阀、连续流动泵、分液器、机械臂、样本存放区、溢流清洗区和光学检测区；
多路选择阀的多个可选接口连接储液区，多路选择阀的公共接口连接连续流动泵，连续流动泵的一侧连接分液器，分液器与机械臂的一端连接；
样本存放区、溢流清洗区和光学检测区设置在机械臂的一侧。
2.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，储液区包括多个容纳间，多个容纳间之间互相独立。
3.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，连续流动泵包括两个液体接口，一个与多路选择阀连接，另一个与分液器连接。
4.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，分液器包括分液器本体和多个取样针，分液器本体的上部与连续流动泵连接，分液器本体的下方与取样针连接。
5.根据权利要求4所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，取样针为长管型结构。
6.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，溢流清洗区包括多个清洗槽。
7.根据权利要求6所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，清洗槽为盲孔。
8.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，光学检测区包括检测槽隔板、检测芯片和SPR光学传感器，检测槽隔板的底部与检测芯片贴合，检测芯片的下方设置有SPR光学传感器。
9.根据权利要求8所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，多个检测槽隔板之间形成检测槽。
10.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，SPR光学传感器包括棱镜、成像装置和光源，检测芯片下方设置有棱镜，棱镜的一侧设置有成像装置，棱镜的另一侧设置有光源。
11.根据权利要求1所述的表面等离激元共振成像检测系统，其特征在于，溢流清洗区和光学检测区的上方均设置有溢流收集器。
12.一种表面等离激元共振成像检测方法，其特征在于，利用权利要求1-11任一项所述表面等离激元共振成像检测系统，包括以下步骤：
步骤S1：机械臂带动分液器移动至溢流清洗区，连续流动泵向溢流清洗区中泵送液体，实现分液器的取样针的清洗；
步骤S2：机械臂带动分液器移动至光学检测区，连续流动泵向光学检测区中泵送液体，实现光学检测区的清洗和归零校准；
步骤S3：机械臂带动分液器移动至样本存放区，分液器的取样针利用连续流动泵实现样本的吸取；
步骤S4：机械臂带动分液器移动至光学检测区，连续流动泵将储液区的液体向分液器方向进行泵送，位于缓冲液前面的样本也被泵送到光学检测区的检测槽底部；待样本完全脱离分液器后，连续流动泵向分液器方向吸取泵送样本，样本重新回到分液器中，自此完成一个检测循环，重复多个检测循环完成一次样本检测，并记录光学检测区的SPR光学传感器信号变化；
步骤S5：完成一次样本检测后，多路选择阀连接用户设定的液体，连续流动泵向分液器方向泵送液体到光学检测区，进行反应过程解离段的观测。
13.根据权利要求12所述的表面等离激元共振成像检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，多路选择阀先选择移动至储液区具有清洗功能的缓冲液，然后连续流动泵向溢流清洗区中泵送缓冲液，连续流动泵向分液器方向泵送所述缓冲液至溢流清洗区，所述缓冲液从溢流清洗区的清洗槽的开口处溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集。
14.根据权利要求12所述的表面等离激元共振成像检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，机械臂带动分液器移动至光学检测区，多路选择阀先选择移动至储液区具有清洗功能的缓冲液，连续流动泵向分液器方向泵送所述缓冲液至光学检测区，所述缓冲液从光学检测区的检测槽的上方溢出，溢流出的缓冲液被溢流收集器作为废液收集，完成对光学检测区的清洗和归零校准。
15.根据权利要求12所述的表面等离激元共振成像检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，多路选择阀先连接储液区的废液容纳间，然后连续流动泵向多路选择阀方向泵送样本至用户设定的样本体积，实现样本的吸取。
16.根据权利要求12所述的表面等离激元共振成像检测方法，其特征在于，所述步骤S4中，多路选择阀先连接用户设定的储液区的缓冲液容纳间，连续流动泵向分液器方向以用户设定的速度泵送缓冲液，在推送缓冲液时，位于缓冲液前面的样本被泵送到光学检测区的检测槽底部，待全部的样本脱离取样针后，连续流动泵向分液器方向以用户设定的速度泵送液体，将检测槽中的样本吸取回分液器的取样针。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311085761.7A CN117147448A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种表面等离激元共振成像检测系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311085761.7A CN117147448A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种表面等离激元共振成像检测系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117147448A true CN117147448A (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=88899998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311085761.7A Pending CN117147448A (zh) | 2023-08-28 | 2023-08-28 | 一种表面等离激元共振成像检测系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117147448A (zh) |
-
2023
- 2023-08-28 CN CN202311085761.7A patent/CN117147448A/zh active Pending
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