CN206411006U - 手持式spr检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手持式SPR检测仪，所述手持式SPR生物检测仪包括壳体，所述壳体内设有光入射组件、光接收组件和用于接收光入射组件发出的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件，所述光反射组件包括反射棱镜、位于反射棱镜的反射面上的传感芯片，所述传感芯片包括基板以及镀金玻璃片，所述基板上设有加样槽、负压室以及用于将加样槽与负压室相连通的样品流道。本实用新型将光入射组件、光接收组件以及光反射组件固定于壳体内，可以固定入射光的波长、角度和强度，避免了市场上的大型商业化的SPP仪的转盘设计，整体结构更为简单，易于操作，从而使得本实用新型产品的体积小。

Description

手持式SPR检测仪

技术领域

本实用新型涉及生物检测技术领域，具体涉及一种手持式SPR检测仪。

背景技术

表面等离子共振(SPR)是一种物理光学现象。在两种不同折射率(refractiveindex)的透明介质交界面上(如玻璃和水)，当一束光线从高折射率介质入射到低折射率介质，光线将发生折射和反射。当入射角增大到某一特定值时，折射角等于90°，此时光沿着与界面相切的方向射出，此时的入射角称为临界角。如果入射角超过临界角，则入射光线将不会进入另一介质，而全部被反射回入射介质中，发生全内反射。

实际上，尽管全部入射光被反射，一种叫渐逝波的电磁场会穿过界面渗透到低折射率介质中，能量呈指数衰减。若在界面处镀上一层金属薄膜(一般镀金膜或银膜)，则金属薄膜表面的自由电子受入射光激发而产生电荷振荡，进而形成表面等离子体。调整光的入射角或波长到某一适当值时，表面等离子体与渐逝波的频率和波数相等，二者便发生能量耦合，形成表面等离子共振。共振时界面处的全反射条件将被破坏，入射光能量被转移到表面等离子体波中，从而导致反射光强度在传播中急剧下降，呈现衰减全反射现象。其中使反射光完全消失的入射光角度称为共振角(SPR angle)。共振角会随着金属薄膜表面的介质折射率的改变而改变，而折射率的变化与结合在金属表面的分子的质量成正比。因此通过分析共振角，就可以得到分子间相互作用的信息。

SPR传感技术具有无需标记、对表面特性和物质变化敏感，实时、快速和易于实现自动化等特点。该技术已被广泛应用于生命科学，临床诊断，药物筛选，食品安全，环境监测等领域，检测对象包括蛋白、核酸、激素、毒素、农药、细胞、微生物等。

现有的商品化SPR生物传感系统均属于实验室大型仪器，体积庞大，结构复杂，周边环境要求严格，价格昂贵，大大制约了SPR传感系统的广泛应用。目前国内实验室自行搭建的SPR仪器大部分采用角度扫描的方式，并将棱镜和光电检测器件分别固定在大小转盘上，由两个步进电机驱动，此类方法重量和体积都较大，制约了仪器的便携性；还有部分仪器采用波长调制型的方式，使用光谱仪进行数据采集分析，光谱仪价格昂贵，使得成本大大提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种手持式SPR检测仪，体积较小，结构简单，具有很好的便携性。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种手持式SPR检测仪，包括壳体，所述壳体内设有光入射组件、光接收组件和用于接收光入射组件发出的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件，所述光反射组件包括反射棱镜、位于反射棱镜的反射面上的传感芯片，所述传感芯片包括基板以及镀金玻璃片，所述基板上设有加样槽、负压室以及用于将加样槽与负压室相连通的样本流道；所述样本流道包括：

与加样槽相连通的进样连接段，

与负压室相连通的负压连接段，

位于进样连接段与负压连接段之间的样本检测段；

所述负压连接段上设有用于阻隔负压室与负压连接段相连通的阻隔机构，所述镀金玻璃片覆盖于样本检测段上并可与流过样本检测段处的样本接触配合。

当需要对待测样本进行检测时，向传感芯片基板上的加样槽内加入待测样本，由于在传感芯片的基板上还设有负压室，并且负压室与加样槽之间设有连接两者的样本流道，因此此时打开阻隔机构，在负压的作用下，待测样本将从加样槽内进入样本流道，并经由加样槽一侧朝向负压室一侧移动，当待测样本流动至样本检测段时，若与镀金玻璃片上的固定物质相互作用，则使得镀金玻璃片表面结合的分子质量发生变化，而引起SPR信号变化，若没有发生相互作用时，则不会引起SPR信号变化。因此，本实用新型可以根据SPR的信号来进行判别。

当将本实用新型应用于SPR生物传感系统之后，当需要对待测样本进行检测时，向基板上的加样槽内加入待测样本，由于在传感芯片的基板上还设有负压室，并且负压室与加样槽之间设有连接两者的样本流道，因此此时打开阻隔机构，在负压的作用下，待测样本将从加样槽内进入样本流道，并经由加样槽一侧朝向负压室一侧移动，当待测样本流动至样本检测段时，若与镀金玻璃片上的固定物质相互作用，则使得镀金玻璃片表面结合的分子质量发生变化，而引起SPR信号变化，若没有发生相互作用时，则不会引起SPR信号变化。因此，本实用新型可以根据SPR的信号来进行判别。

为了提高检测的精确度，作为优选，所述样本流道还包括与样本检测段并行设置的样本质检段，所述样本质检段的两端分别与进样连接段以及负压连接段相连通。当待测样本进入样本流道之后，可以分别流入样本检测段和样本质检段，在样本检测段进行样本检测，而样本质检段则可以对待测样本的稳定性进行验证，以提高检测的精确度。

作为优选，所述加样槽为多个，所述样本流道为与加样槽一一对应设置的多个。当加样槽与样本流道为对应设置的多个时，当需要对某一待测样本中的某一物质进行检测时，可以在多个加样槽内分别加入该待测样本，各个加样槽内的待测样本分别流过相对应的样本流道，从而可以对某一待测样本同时进行多次平行检测，大大降低了检测误差；当需要对某一待测样本中的不同物质进行检测时，本实用新型可以将该待测样本分别加入各个加样槽中，各个加样槽内的待测样本分别流过相对应的样本流道，从而可以同时对该待测样本中的不同物质进行检测，大大节约了检测效率；当需要对不同的待测样本进行检测时，本实用新型可以将不同的待测样本分别加入不同的加样槽中，分别对其进行一种或是多种物质的检测即可。由此可知，本实用新型的适用范围较广，不但操作方便，便于待测样本的检测，大大提高了检测效率，而且可以降低检测误差。

本实用新型中负压室的设置可以设置一个也可以设置多个，作为优选，所述负压室为一个。

作为进一步优选，多个样本流道上的负压连接段汇流连接至同一位置，所述负压室与汇流连接处之间设有汇流连接段，所述阻隔机构设置于汇流连接段。负压室为一个时，可以只设置一个阻隔机构，因此只需打开一个阻隔机构即可，使得操作更加方便快捷。

作为优选，所述加样槽为一个，所述样本流道为多个。本实用新型可以设置一个加样槽，在该加样槽内加入某一待测样本，该待测样本可以流经多个样本流道，每一个样本检测段可以检测该待测样本中的同一物质，实现对同一待测样本中的同一物质进行多次平行检测，提高检测准确度，并且该检测处于同一检测体系中，所以降低了检测误差；也可以检测该待测样本中的不同物质，实现同时对同一待测样本中的不同物质的检测，提高检测效率。

作为优选，所述加样槽内设有过滤层。当待测样本加入加样槽内时，可以经由加样槽内的过滤层进行过滤，也可以在过滤层上加上待测样本预处理过程中所需的检测物质，待测样本在加入槽内即可与检测物质结合，省略了检测人员对待测样本的预处理过程。

本实用新型中的阻隔机构结构可以有多种，作为优选，所述阻隔机构包括设置于负压室与负压连接段的连通处的隔板，以及设置于连通处且用于打开隔板的按钮。按钮的形式有多种，采用现有常规形式均可。本实用新型也可以通过电控的方式控制隔板打开或是关闭。

为了简化SPR光路结构，作为优选，所述光入射组件沿入射光路依次设置的光源、小孔光阑、偏振片、第一透镜以及第二透镜。

作为优选，所述光源为激光光源。

作为优选，所述光反射组件包括用于将传感芯片固定于反射棱镜的反射面上的固定件。

本实用新型中固定件的结构形式可以有多种，作为优选，所述固定件为盖设于反射棱镜上的盖板，所述盖板与反射棱镜接触的一侧设有供传感芯片插入的插槽。在传感芯片上滴入样品之后，将传感芯片插入插槽内即可。采用“一滴一插”式的傻瓜式操作，大大简化操作过程。

插槽的形式也有多种，例如在插槽内设有两条对称布置且与传感芯片两侧相配合的滑轨。

作为优选，所述光接收组件包括沿出射光路依次设置的第三透镜、第四透镜以及面阵CMOS。全反射后，光线照射到面阵CMOS上，在CMOS上不同像素所对应的反射光强不同，在CMOS上不同像素所对应的反射光强不同，发生SPR时的反射光强最低，此处对应的像素即为共振像素，共振像素所对应的入射角即为SPR角。

作为优选，所述壳体包括与光入射组件相匹配的光入射外壳以及与光接收组件相匹配的光接收外壳。

作为优选，所述光入射外壳上设有用于显示SPR信号强度的电子显示屏。电子显示屏和简约的显示界面，可为用户提供更为直观的检测结果。

作为优选，所述壳体内还设有用于为SPR信号传输或所述光源提供电能的移动电源。移动电源为本实用新型提供了电能保障，使得本实用新型可以应用于野外检测，便于携带，使用更加方便。

为了便于携带，作为优选，所述光入射外壳上设有把手。

本实用新型将待测样本加入到加样槽内，在负压的作用下，经由加样槽一侧朝向负压室一侧流动，并流经样品检测段时，由于镀金玻璃片上固定有该种待测样本中待测物质特异性识别的物质，因此若待测样本中含有该种待测物质时，待测物质可被检测处的固定物质识别并结合，将会引起SPR信号的变化。若待测样本中不含该种待测物质时，待测物质不会被检测处的固定物质识别并结合，将不会引起SPR信号的变化。因此本实用新型可以通过SPR的信号变化来判断检测待测样本中是否含有待测物质。

本实用新型还可以对同时对同一待测样本中的多种待测物质进行检测，同样以待测样本为例，在镀金玻璃片上与各个样本检测段位置对应处，分别固定不同种类的待测物质的特异性识别物质，操作步骤与上述相同，即可同时实现对同一待测样本中的多种待测物质进行检测，大大提高了检测效率。

待测样本中的待测物质为生物分子。所述生物分子为核酸或蛋白质。本实用新型中所述生物分子还可以是其他的生物分子。在镀金玻璃片上与各个样本质检段位置对应处，固定的所述特异性物质为对所述待测物质具有特异性识别并结合的生物分子。所述生物分子为核酸或蛋白质。本实用新型中所述生物分子还可以是其他的生物分子。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)本实用新型将光入射组件、光接收组件以及光反射组件固定于壳体内，可以固定入射光的波长、角度和强度，避免了市场上的大型商业化的SPP仪的转盘设计，整体结构更为简单，易于操作，从而使得本实用新型产品的体积小，可作为手持式仪器使用。

(2)本实用新型可实现对检测均方便快速，大大提高了对待测样本检测的工作效率。

(3)本实用新型具有实时、免标记、高灵敏度和高通量等优点，使其在生物样本快检中展现出强大的市场需求。

附图说明

图1为本实用新型的SPR生物检测仪的结构示意图。

图2为本实用新型的SPR生物检测仪的光路结构示意图。

图3为本实用新型的SPR生物检测仪中所使用的传感芯片第一种实施方式的结构示意图。

图4为本实用新型的SPR生物检测仪中所使用的传感芯片第二种实施方式的结构示意图。

图5为本实用新型的SPR生物检测仪中所使用的传感芯片第二种实施方式(只设置一个阻隔机构)的结构示意图。

图6为本实用新型的SPR生物检测仪中所使用的传感芯片第三种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实用新型包括壳体，壳体内设有光入射组件1、光接收组件3和用于接收光入射组件1发出的光线并将其反射至光接收组件3的光反射组件2，光反射组件2包括反射棱镜21、位于反射棱镜21的反射面上的传感芯片22。

为了简化SPR光路结构，如图2所示，本实用新型中光入射组件1沿入射光路依次设置的光源11、小孔光阑12、偏振片13、第一透镜14以及第二透镜15。其中光源可以为激光光源。光接收组件3包括沿出射光路依次设置的第三透镜31、第四透镜32以及面阵CMOS 33。全反射后，光线照射到面阵CMOS 33上，在面阵CMOS 33上不同像素所对应的反射光强不同，在面阵CMOS 33上不同像素所对应的反射光强不同，发生SPR时的反射光强最低，此处对应的像素即为共振像素，共振像素所对应的入射角即为SPR角。

如图1所示，本实用新型中壳体包括与光入射组件1相匹配的光入射外壳5以及与光接收组件3相匹配的光接收外壳4。光入射外壳5上设有用于显示SPR信号强度的电子显示屏51。电子显示屏51和简约的显示界面，可为用户提供更为直观的检测结果。壳体内还设有用于为SPR信号传输或所述光源提供电能的移动电源6。移动电源6为本实用新型提供了电能保障，使得本实用新型可以应用于野外检测，便于携带，使用更加方便。为了便于携带，光入射外壳5上设有把手52。

如图3所示，本实用新型的SPR生物传感芯片221包括基板224以及镀金玻璃片222，基板224上设有加样槽223、负压室224以及用于将加样槽223与负压室224相连通的样本流道225；样本流道225包括：与加样槽223相连通的进样连接段226，与负压室224相连通的负压连接段227，位于进样连接段226与负压连接段227之间的样本检测段228；负压连接段227上设有用于阻隔负压室224与负压连接段227相连通的阻隔机构，所述镀金玻璃片222覆盖于样本检测段228上并可与流过样本检测段228处的样本接触配合。

为了提高检测的精确度，如图3至图6所示，本实用新型中样本流道225还包括与样本检测段228并行设置的样本质检段230，样本质检段230的两端分别与进样连接段226以及负压连接段227相连通。当待测样本进入样本流道225之后，可以分别流入样本检测段228和样本质检段230，在样本检测段228进行样本检测，而样本质检段230则可以对待测样本的稳定性进行验证，以提高检测的精确度。

本实用新型中芯片可以多种实施方式，本实用新型的第一种实施方式，如图3所示，本实施例中加样槽223为多个，所述样本流道225为与加样槽223一一对应设置的多个。本实施例中以4个加样槽以及4一个样本流道225为例，当加样槽223与样本流道225为对应设置的多个时，当需要对某一待测样本中的某一物质进行检测时，可以在多个加样槽223内分别加入该待测样本，各个加样槽223内的待测样本分别流过相对应的样本流道225，从而可以对某一待测样本同时进行多次平行检测，大大降低了检测误差；当需要对某一待测样本中的不同物质进行检测时，本实用新型可以将该待测样本分别加入各个加样槽223中，各个加样槽223内的待测样本分别流过相对应的样本流道225，从而可以同时对该待测样本中的不同物质进行检测，大大节约了检测效率；当需要对不同的待测样本进行检测时，本实施例可以将不同的待测样本分别加入不同的加样槽223中，分别对其进行一种或是多种物质的检测即可。由此可知，本实施例的适用范围较广，不但操作方便，便于待测样本的检测，大大提高了检测效率，而且可以降低检测误差。

本实施例中负压室224的设置可以设置一个也可以设置多个，本实用新型的第二种实施方式，如图4和图5所示，负压室224为一个。负压室224为一个时，可以只设置一个阻隔机构，因此只需打开一个阻隔机构即可，使得操作更加方便快捷，例如如图3所示，多个样本流道225上的负压连接段汇流连接至同一位置，负压室224与汇流连接处之间设有汇流连接段2271，阻隔机构设置于汇流连接段2271。本实施例中以负压室224为4个为例。

本实用新型的第三种实施方式，如图6所示，本实施例中加样槽223为一个，样本流道225为多个。本实施例可以设置一个加样槽223，在该加样槽223内加入某一待测样本，该待测样本可以流经多个样本流道225，每一个样本检测段228可以检测该待测样本中的同一物质，实现对同一待测样本中的同一物质进行多次平行检测，提高检测准确度，并且该检测处于同一检测体系中，所以降低了检测误差；也可以检测该待测样本中的不同物质，实现同时对同一待测样本中的不同物质的检测，提高检测效率。

如图3～图6所示，本实用新型中加样槽223内设有过滤层231。当待测样本加入加样槽223内时，可以经由加样槽223内的过滤层231进行过滤，也可以在过滤层231上加上待测样本预处理过程中所需的特殊物质，待测样本在加入槽223内即可与特殊物质混合，省略了检测人员对待测样本的预处理过程。

本实用新型中的阻隔机构结构可以有多种，阻隔机构包括设置于负压室224与负压连接段227的连通处的隔板(图中未画出)，以及设置于连通处且用于打开隔板的按钮229。按钮229的形式有多种，采用现有常规形式均可。本实用新型也可以通过电控的方式控制隔板打开或是关闭。

如图1和图3所示，本实用新型中光反射组件2包括用于将传感芯片22固定于反射棱镜21的反射面上的固定件23。本实用新型中固定件23的结构形式可以有多种，固定件23为盖设于反射棱镜21上的盖板，盖板与反射棱镜21接触的一侧设有供传感芯片22插入的插槽231。在传感芯片22上滴入样品之后，将传感芯片22插入插槽231内即可。插槽的形式也有多种，例如在插槽内设有两条对称布置且与传感芯片两侧相配合的滑轨。采用“一滴一插”式的傻瓜式操作，大大简化操作过程。

如图3所示，本实用新型中加样槽223内设有过滤层231。当待测样本加入加样槽223内时，可以经由加样槽223内的过滤层231进行过滤，也可以在过滤层231上加上待测样本预处理过程中所需的特殊物质(该特殊物质可以与待测样本中的待测物质发生反应或是结合的物质)，待测样本在加入槽223内即可与特殊物质混合，省略了检测人员对待测样本的预处理过程。

本实用新型的原理为：

本实用新型通过固定入射光的波长和强度，发出的会聚光以一定范围的角度入射进反射棱镜21，并在反射棱镜21表面会聚成一条直线，全反射后，光线进入光接收组件3，在光接收组件3上不同像素所对应的反射光强不同，发生SPR时的反射光强最低，此处对应的像素即为共振像素，共振像素所对应的入射角即为SPR角。SPR角随镀金玻璃片222表面折射率变化而变化，而镀金玻璃片222折射率的变化又与镀金玻璃片222表面结合的分子质量成正比。

使用本实用新型的手持式SPR检测仪对待测样本进行检测时，向传感芯片的基板221上的加样槽223内加入待测样本，由于在传感芯片22的基板221上还设有负压室224，并且负压室224与加样槽223之间设有连接两者的样本流道225，因此此时打开阻隔机构，在负压的作用下，待测样本将从加样槽223内进入样本流道225，并经由加样槽223一侧朝向负压室224一侧移动，当待测样本流动至样本检测段228以及样本质检段228时，若与镀金玻璃片222上的固定物质相互作用，则使得镀金玻璃片222表面结合的分子质量发生变化，而引起SPR信号变化，若没有发生相互作用时，则不会引起SPR信号变化。因此，本实用新型可以根据SPR的信号来进行判别，实现对样本的检测。

本实用新型采用芯片的三种实施方式结合上述方法对待测样本中的待测物质进行检测。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.手持式SPR检测仪，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设有光入射组件、光接收组件和用于接收光入射组件发出的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件，所述光反射组件包括反射棱镜、位于反射棱镜的反射面上的传感芯片，所述传感芯片包括基板以及镀金玻璃片，所述基板上设有加样槽、负压室以及用于将加样槽与负压室相连通的样本流道；所述样本流道包括：

与加样槽相连通的进样连接段，

与负压室相连通的负压连接段，

位于进样连接段与负压连接段之间的样本检测段；

所述负压连接段上设有用于阻隔负压室与负压连接段相连通的阻隔机构，所述镀金玻璃片覆盖于样本检测段上并可与流过样本检测段处的样本接触配合。

2.如权利要求1所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述样本流道还包括与每个样品检测段并行设置的样品质检段，所述样品质检段的两端分别与进样连接段以及负压连接段相连通。

3.如权利要求1所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述加样槽为多个，所述样本流道为与加样槽一一对应设置的多个。

4.如权利要求1所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述加样槽内设有过滤层。

5.如权利要求1所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述光入射组件沿入射光路依次设置的光源、小孔光阑、偏振片、第一透镜以及第二透镜。

6.如权利要求1所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述光反射组件包括用于将传感芯片固定于反射棱镜的反射面上的固定件。

7.如权利要求1所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述光接收组件包括沿出射光路依次设置的第三透镜、第四透镜以及CMOS模组。

8.如权利要求1或2所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述加样槽为多个，所述样本流道为与加样槽一一对应设置的多个。

9.如权利要求8所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述负压室为一个。

10.如权利要求1或2所述的手持式SPR检测仪，其特征在于，所述加样槽为一个，所述样本流道为多个。