光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構的製作方法

2023-06-30 02:14:36

專利名稱：光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學表面等離子共振(Surface ρlasmon resonance, SPR)生物傳感器領域，具體涉及一種光學SPR生物傳感器雙光源多自由度調整機構。
背景技術：
近幾年，光學表面等離子共振(Surface ρ lasmon resonance, SPR)生物傳感技術在實現方式、儀器開發和應用領域的拓展上都獲得了迅猛的發展。光學SI^R生物傳感器的檢測機理如下將生物分子的識別膜固定在光學sra傳感器Au膜表面，分子識別膜捕捉被測的分析物，致使傳感器Au膜表面的折射率變化，因此無需標記分子就可直接進行測試， 實現非破壞性的實時在線檢測。光學Sra生物傳感器按激發表面等離子波的本體不同，有光學稜鏡型、光波導型、光柵型等，按光調製的方式不同以有強度調製型、波長調製型和相位調製型等，光纖sra生物傳感器可以檢測附著在光纖表面的樣品微小變化，具有很高的靈敏度，適用於定量測定樣品溶液中的微量生物和化學物質。近些年來，光學SI^R生物分析儀的便攜化和微型化是一個新興的研究熱點，可攜式光學sra生物分析儀如果仍採用角度調整方法，則使操作複雜和適應環境差，可攜式光學sra生物分析儀要求光源固定、整體更換帶有Au膜的生物晶片組件。現有的可攜式光學sra生物傳感器由一線雷射器、一套光學檢測系統和生物傳感器本體構成。一線雷射器產生發散的一字線型光波，一字線型光波照射到金膜表面，共振信號沿金膜的長度方向移動，CXD監測共振信號的移動就可以獲得被測樣品的濃度值。通常一線雷射器的位置是固定的，其光波照射至金膜表面的位置也是確定的，因此其檢測範圍是固定不變的，由於晶片表面的金膜較短，導致檢測動態範圍很窄，一般在1. 34 1. 38(折射率)。此類採用一線雷射器式固定角度型光學SI^R生物分析儀結構， 其檢測性能雖然比較穩定，但其檢測範圍較小，不利於對寬折射率範圍的樣品檢測，這就造成了很大的局限性。在實際應用中，生物敏感膜隨受感測被測對象的濃度而變化，對於折射率高於1. 38的樣品就需要稀釋，導致檢測過程複雜，耗時長。本發明人參與研究的一篇專利文獻CN 102095684A中公開了一種光學表面等離子共振生物傳感器多自由度調整機構，僅使用了一臺雷射器，且雷射器在一定範圍內位置可調，檢測範圍雖有一定的拓展，但其移動位置難以保證在同一個圓周或圓弧上，因此其檢測範圍和系統誤差難以滿足測試的需要。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種檢測範圍寬、測試精度高、檢測性能穩定可靠的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構，包括生物晶片組件調節單元、雷射器調節單元、CCD調節單元、支撐板及安裝支撐板的基座。所述雷射器調節單元包括兩組/個雷射器及其對應的雷射器載架與載架轉軸，各雷射器載架安裝在其對應的載架轉軸一端，載架轉軸另一端則固定安裝在所述支撐板上，所述雷射器調節單元、CCD 調節單元對稱地分布在所述稜鏡託架的兩側，調節兩者的位置關係可使兩組雷射器、生物晶片組件和CXD之間形成對應的光路通道。所述兩組/個雷射器的安裝位置可使其光束分時入射到同一稜鏡端面，並在稜鏡端面產生的光斑部分重疊，且使表面等離子共振的反射光束照射到同一個CCD傳感器。所述生物晶片組件調整單元從下至上包括安裝在所述基座上的載臺、稜鏡託架、 契合於Au膜稜鏡的微流池、壓塊、壓塊耦合架、拉杆及拉杆調節裝置，所述稜鏡託架安裝在所述載臺上，所述拉杆下端連接固定於所述壓塊耦合架，所述拉杆調節裝置含有彈簧、彈簧卡位帽、固定螺帽、安裝在拉杆上端的頂板、升降調節凸輪，所述彈簧、彈簧卡位帽依次套裝在所述拉杆的下部，所述水平支板、固定螺帽由下至上依次套裝在所述彈簧卡位帽外側，且該水平支板一端固定在所述支撐板上，所述升降調節凸輪通過凸輪轉軸安裝於前支板上， 且使其與所述頂板相匹配調節拉杆的升降，所述前支板安裝在所述水平支板上，所述凸輪轉軸一端設置有調節手柄，調節所述升降調節凸輪、彈簧卡位帽及固定螺帽的相對位置，能使微流池與稜鏡託架中的Au膜稜鏡緊密契合。所述雷射器調節單元包括兩組雷射器載架、載架轉軸，雷射器分別固定在載架上， 載架又固定在轉軸上，轉軸的另一端安裝於所述支撐板上的橫向/縱嚮導槽中。所述CCD調節單元包括CCD託架、託架轉軸及軸柄，所述CCD託架上設有託架導槽，所述軸柄一端活動安裝於該託架導槽中，該軸柄另一端安裝在所述託架轉軸一端，該託架轉軸另一端活動安裝於所述支撐板上的橫向/縱嚮導槽中，且使所述託架導槽與所述支撐板上的橫向/縱嚮導槽不相平行。在所述升降調節凸輪下方設置有凸輪支撐塊，該支撐塊一端固定安裝在所述前支板上。在所述凸輪支撐塊下方設置有導向塊。所述稜鏡託架安裝於所述載臺的滑動導軌上。所述壓塊呈「工」字形，且與壓塊耦合架契合地封壓住微流池。所述微流池是由耐腐蝕的彈性材料製成的三通道微流池。本發明具有積極有益的效果兩個/組雷射器的位置固定不變，減少了系統誤差，提高了檢測精度，擴展了檢測範圍，檢測的折射率範圍可達1.30 1.56，且當兩個/組雷射器的波長不同時，可以實現雙波長的光學表面等離子共振生物傳感器的功能。


圖ι為一種光學sra生物傳感器雙光源多自由度調整機構的立體結構示意圖；圖2為圖1的縱剖視圖。圖中1為雷射器載架，2為載架轉軸，3為支撐板，4為載架轉軸，5為壓塊，6為壓塊耦合架，7為彈簧，8為Au膜稜鏡，9為稜鏡託架，10為載臺，11為基座，12為CCD託架，13為前支板，14為調節手柄，15為升降調節凸輪，16為頂板，17為拉杆，18為彈簧卡位帽，19為固定螺帽，20為水平支板，21為雷射器載架，26為頂板固定銷，27為凸輪轉軸，28為凸輪支撐塊，29為導向塊，30為微流池，31為螺釘。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，但並非是對本發明保護範圍的限定。實施例1 一種光學Sra生物傳感器雙光源多自由度調整機構，參見圖1、圖2，包括雷射器調節單元、生物晶片組件單元、CCD調節單元、支撐板3及安裝支撐板3的基座11，所述生物晶片組件調整單元從下至上包括安裝在基座11上的載臺10、稜鏡託架9、契合於Au 膜稜鏡8的微流池30、壓塊5、壓塊耦合架6、拉杆17及拉杆調節裝置，稜鏡託架9安裝在載臺10的滑動導軌上，拉杆17下端由螺釘31連接固定於壓塊耦合架6，所述拉杆調節裝置含有彈簧7、彈簧卡位帽18、固定螺帽19、安裝在拉杆17上端的頂板16、升降調節凸輪15， 彈簧7、彈簧卡位帽18依次套裝在拉杆17的下部，水平支板20、固定螺帽19由下至上依次套裝在彈簧卡位帽18外側，水平支板20 —端固定在支撐板3上，升降調節凸輪15通過凸輪轉軸27安裝於前支板13上，且使其與頂板16相匹配的調節拉杆17的升降，前支板13 安裝在水平支板20上，凸輪轉軸27 —端設置有調節手柄14，調節升降調節凸輪15、彈簧卡位帽18及固定螺帽19的相對位置，能使微流池30與稜鏡託架9中的Au膜稜鏡8緊密契合，在升降調節凸輪15下方設置有凸輪支撐塊觀，該支撐塊觀一端固定安裝在前支板13 上，在凸輪支撐塊觀下方設置有導向塊四；所述雷射器調節單元包括兩組雷射器載架1、21 及對應的載架轉軸2、4，雷射器載架1、21安裝在其對應的載架轉軸2、4 一端，載架轉軸2、 4另一端則固定安裝在支撐板3上；雷射器調節單元、CCD調節單元對稱地分布在稜鏡託架 9的兩側，調節兩者的位置關係可使兩組雷射器、生物晶片組件和CCD之間形成對應的光路通道。微流池30是由耐腐蝕的彈性材料製成的三通道微流池。壓塊5呈「工」字形，且與壓塊耦合架6契合地封壓住微流池30。在載臺10、稜鏡託架9的同後側設置有限位板。上述光學sra生物傳感器雙光源多自由度調整機構的各部件動作關係①順時針轉動調節手柄14 (轉90° )，調節手柄14通過凸輪轉軸27，帶動升降調節凸輪15順時針轉動，頂起頂板16，從而提升拉杆17，逆時針轉動調節手柄14 (轉90° )， 調節手柄14通過凸輪轉軸27，帶動升降調節凸輪15也逆時針轉動，拉杆17在其下部彈簧的作用下，上下滑動；②調節彈簧卡位帽18，可調節彈簧7的壓力，從而調節微流池30與Au膜稜鏡8之間的壓力。當調整到適當的壓力後，旋緊固定螺帽19。上述光學sra生物傳感器多自由度調整機構的操作使用方法①順時針轉動調節手柄14 (轉90° )，提升拉杆17，使微流池30處於上部位置；②水平置裝有Au膜稜鏡8的稜鏡託架9放置載臺10上，然後沿著載臺10上的導向軌道向前緩慢平推，直到輕觸到載臺10端部的限位板；③逆時針轉動調節手柄14 (轉90° )，拉杆17下降，微流池30與Au膜稜鏡8之間壓緊接觸，如果微流池30與Au膜稜鏡8之間的壓緊力不合適，可以按照上述方法調節兩者之間的壓力；④轉動調節兩個雷射器載架1、21及C⑶託架12，使光路透過Au膜稜鏡8後，可到達CXD的合適位置，然後旋緊螺絲，固定CXD的位置。改變上述實施例中的各個具體部件的結構尺寸參數，或者部件的等同替換等，可形成多個具體的實施例，均為本發明的常見變化範圍，在此不再一一詳述。
權利要求
1.一種光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構，包括生物晶片組件調節單元、雷射器調節單元、CCD調節單元、支撐板及安裝支撐板的基座，其特徵在於，所述雷射器調節單元包括兩組/個雷射器及其對應的載架和載架轉軸，各雷射器載架安裝在其對應的載架轉軸一端，載架轉軸另一端則固定安裝在所述支撐板上；所述雷射器調節單元、 CXD調節單元對稱地分布在所述稜鏡託架的兩側，調節兩者的位置關係可使兩組雷射器、生物晶片組件和CXD之間形成對應的光路通道。
2.根據權利要求1所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，所述兩組/個雷射器的安裝位置可使其光束分時入射到同一稜鏡端面，並在稜鏡端面產生的光斑部分重疊，且使表面等離子共振的反射光束照射到同一個CCD傳感ο
3.根據權利要求2所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，所述生物晶片組件調整單元從下至上包括安裝在所述基座上的載臺、稜鏡託架、契合於Au膜稜鏡的微流池、壓塊、壓塊耦合架、拉杆及拉杆調節裝置，所述稜鏡託架安裝在所述載臺上，所述拉杆下端連接固定於所述壓塊耦合架，所述拉杆調節裝置含有彈簧、 彈簧卡位帽、固定螺帽、安裝在拉杆上端的頂板、升降調節凸輪，所述彈簧、彈簧卡位帽依次套裝在所述拉杆的下部，所述水平支板、固定螺帽由下至上依次套裝在所述彈簧卡位帽外側，且該水平支板一端固定在所述支撐板上，所述升降調節凸輪通過凸輪轉軸安裝於前支板上，且使其與所述頂板相匹配調節拉杆的升降，所述前支板安裝在所述水平支板上，所述凸輪轉軸一端設置有調節手柄，調節所述升降調節凸輪、彈簧卡位帽及固定螺帽的相對位置，能使微流池與稜鏡託架中的Au膜稜鏡緊密壓合。
4.根據權利要求3所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，所述CCD調節單元包括CCD託架、託架轉軸及軸柄，所述CCD託架上設有託架導槽，所述軸柄一端活動安裝於該託架導槽中，該軸柄另一端安裝在所述託架轉軸一端，該託架轉軸另一端活動安裝於所述支撐板上的橫向/縱嚮導槽中，且使所述託架導槽與所述支撐板上的橫向/縱嚮導槽不相平行。
5.根據權利要求4所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，在所述升降調節凸輪下方設置有凸輪支撐塊，該支撐塊一端固定安裝在所述前支板上。
6.根據權利要求5所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，在所述凸輪支撐塊下方設置有導向塊。
7.根據權利要求6所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，所述稜鏡託架安裝於所述載臺的滑動導軌上。
8.根據權利要求7所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，所述壓塊呈「工」字形，且與壓塊耦合架契合地封壓住微流池。
9.根據權利要求8所述的光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構， 其特徵在於，所述微流池是由耐腐蝕的彈性材料製成的三通道微流池。
全文摘要
本發明涉及一種光學表面等離子共振生物傳感器雙光源多自由度調整機構。其包括生物晶片組件調節單元、雷射器調節單元、CCD調節單元、支撐板及安裝支撐板的基座，所述雷射器調節單元包括兩組雷射器載架及對應的載架轉軸，各雷射器載架安裝在其對應的載架轉軸一端，載架轉軸另一端則固定安裝在所述支撐板上；所述雷射器調節單元、CCD調節單元對稱地分布在所述稜鏡託架的兩側，調節兩者的位置關係可使兩組雷射器、生物晶片組件和CCD之間形成對應的光路通道。該調整機構檢測範圍寬、測試精度高、檢測性能穩定可靠。
文檔編號G01N21/01GK102393357SQ20111036311
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者李會芹, 胡建東, 胡楓江, 陳陽, 魏文松 申請人:河南農業大學