一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪制造技术

本发明专利技术公开了一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，包括水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块、仪器环境控制模块和控制与通信模块。利用一个电机转动带动一只皮带，皮带牵引两连杆，同时调节入射光和反射光机械连杆的长度与角度，棱镜位置不变。从而改变入射角和反射角，产生一对称运动的角度调节系统。本发明专利技术的入射连杆和反射连杆上零件位置改变的微调结构，满足不同形状的棱镜光源入射和反射光路的需要。本发明专利技术还设计了压片与压力调节片配合的结构使流通池受力均匀。具有结构简单，精度高，角度检测范围宽，角度分辨率高，不受机械零件加工精度的限制等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪
本专利技术涉及生化分析检测
，通过检测表面等离子体共振现象对检测对象实现无标记的定量生化分析。
技术介绍
表面等离子共振技术，英文简写SPR，是近年来发展起来的一种新技术，其应用消逝波与表面等离子波发生共振原理检测生物传感芯片(biosensorchip)上分子与分析物之间的相互作用情况，探测传感媒质光学参数的变化过程。与传统的生化分析技术相比，SPR传感技术作为一种表面检测技术，具有灵敏度高、免标记、实时快速和无损伤检测等优点，已被广泛应用在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测以及法医鉴定等领域，成为最通用，最具发展潜力的生化检测方法之一。棱镜耦合型SPR传感装置的结构简单，器件制作较容易，灵敏度高，为目前应用最广泛的结构。棱镜耦合型的SPR检测方法可以分为：角度调制法，波长调制法，相位检测法和强度检测法。其中角度调制方法检测灵敏度较高，检测范围宽，应用较为广泛。角度调制法是指在固定入射光的波长的条件下，改变光束入射角度，同时记录反射光光强随时间的变化，从而获得SPR曲线和SPR谐振角，根据谐振角出现的角度变化来检测附着在金属膜表面上的电介质变化信息的方法。角度调制的实现方法又可以分为两种，一种是入射光为平行光，通过机械机构改变入射光源和接收器的位置，从而扫描出光强随入射角度变化的曲线，此方法检测角度的分辨率度受到机械零件加工精度的限制。另一种方法是汇聚光束法，入射光为一束不平行的会聚光，以一定的角度范围汇聚到敏感芯片上，经过反射后成为一束发散光，检测光束的光强随发散角的变化即可获得SPR的角度调制曲线，此类方法避免了机械扫描机构精度的影响，可以获得更高的精度，但是检测范围较小。然而值得注意的是，即使是在SPR市场上占有绝对主导地位的GE公司的BIACORE系列，他们的产品主要面向对象仍然是科研院所和实验室；BIACORE装置体积庞大、价格昂贵，且为固定角度检测，无法实现气相和液相的同时检测，不适合户外监测。为了满足现场实时监测等多种场合的需要，小型化已成为SPR传感装置发展的一个主要方向。小型化的SPR传感装置体积小，便于携带和安装，更为重要的是，它可以极大地降低成本，有利于大规模生产，从而加速SPR传感装置的推广应用。这些市场的强烈需求将驱动SPR传感技术朝着小型化、高灵敏度、稳定的方向发展。本专利技术角度调制检测使用了机械扫描法，设计了一种水平传动改变两路光束角度的机械结构，只利用一个电机驱动，就可以实现入射光和反射光的连杆同时改变角度，并保持入射角与反射角相等。皮带转动时实现入射光和反射光角度的改变，避免了机械零件加工误差造成的角度扫描误差。本专利技术角度分辨率可以达到0.002度，对应的折射率检测限为10-5RIU。
技术实现思路
目前表面等离子体共振仪广泛使用的是GE公司生产的Biacore系列产品，但是有着结构复杂，仪器成本高等缺点，且为固定角度检测，无法实现气相和液相的同时检测。国内相关表面等离子体共振仪研究还处于起步原理样机研制阶段。对于角度调制型SPR原理样机，有采用双电机驱动的方法，检测结构复杂，成本高，检测同步性差。而采用单电机驱动的SPR角度调制系统，其检测角度的分辨率度又受到机械零件加工精度的限制。本专利技术采用的技术方案为一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，利用一个电机转动带动一只皮带，皮带牵引两连杆，同时调节入射光和反射光机械连杆的长度与角度，棱镜位置不变。从而产生一对称运动的角度调节系统。具有结构简单，精度高，角度检测范围宽，角度分辨率高，不受机械零件加工精度的限制等特点。本专利技术还设计了入射连杆和反射连杆上零件位置改变的微调结构，满足不同形状的棱镜光源入射和反射光路的需要。本专利技术还设计了压片与压力调节片配合的结构使流通池受力均匀。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，包括水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块、仪器环境控制模块和控制与通信模块。对称光学模块固定在水平传动模块上。水平传动模块为一能够进行对称运动的角度调节系统，用来调节入射光与接收光装置的角度。棱镜与流通池模块中的流通池模块搭载在棱镜上方，流通池模块包括传感芯片和微流控流通池。入射光源穿过棱镜照射到传感芯片上，与传感芯片上的生物分子发生共振后产生出射光，分析光电检测器的光强变化。水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块和控制与通信模块均安装在仪器环境控制模块内部。竖直传动模块安装在水平传动模块上。上述方案中，所述水平传动模块包括电机、带轮、皮带、滑块、导轨等，水平传动模块为生化分析仪的运动系统。两滑块分别固定在皮带上表面和皮带下表面，滑块能够在皮带驱动下沿导轨产生对称运动。滑块驱动对称光学模块中的连杆组。连杆组由四根连杆组成，每一侧有两根连杆，每侧的两根连杆之间为顺次平行连接，两根连杆的总长度能自动调节。每侧的两根连杆一端固定在一轴上，作为旋转中心，每侧的两根连杆的另一端分别固定在左右两滑块上，使左右两侧的连杆产生对称运动，入射光源与光电接收器分别固定在左侧连杆与右侧连杆上，棱镜与微流控传感芯片接触面的中线与旋转轴重合，固定棱镜与流通池模块。上述方案中旋转中心与棱镜的位置固定，通过皮带传动和连杆结构自动的改变旋转臂的角度与长度。入射光源的角度随之改变，同时光路的距离保持不变。上述方案中，所述竖直传动模块能够改变旋转中心的高度，扩大扫描角度范围。上述方案中，所述棱镜与流通池模块中的微流控流通池在传感芯片上方水平重叠，所述流通管路一端与微流控流通池连接，另一端与自动进样泵连通。上述方案中，所述控制与通信系统包括信号调理电路、中央处理单元和通信接口，控制与通信系统用于水平传动模块、对称光学模块、竖直传动模块、棱镜与流通池模块之间的协同工作，采集并处理光强信号，并与计算机通信交互。与现有技术相比较，本专利技术具有如下技术效果：表面等离子体共振仪体积小、能满足现场检查的需要，而且具有多个阵列单元，能同时满足不同成分的同时检测，或者实现多组分检测。本专利技术通过皮带导轨产生对称的水平运动，通过改变连杆结构长度产生对称的光学角度调节系统，简化了机械传动结构，精度高，控制简单，角度检测范围宽，角度分辨率高，不受机械零件加工精度的限制，同时使仪器小型化。本专利技术还设计了入射连杆和反射连杆上零件位置改变的微调结构，满足不同形状的棱镜光源入射和反射光路的需要。附图说明图1是水平传动模块的结构示意图。图2是对称光学模块的连杆结构与固定入射、出射光的机械结构。图3是对称光学模块的光路结构。图4是对称光学模块入射光角度微调结构。图5是棱镜与流通池模块的结构示意图。图6是竖直传动模块需要传动的结构。图7是仪器环境控制模块。图8是使用仪器角度扫描检测去离子水的SPR现象曲线图与理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：包括水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块、仪器环境控制模块和控制与通信模块；对称光学模块固定在水平传动模块上；水平传动模块为一能够进行对称运动的角度调节系统，用来调节入射光与接收光装置的角度；棱镜与流通池模块中的流通池模块搭载在棱镜上方，流通池模块包括传感芯片和微流控流通池；入射光源穿过棱镜照射到传感芯片上，与传感芯片上的生物分子发生共振后产生出射光，分析光电检测器的光强变化；水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块和控制与通信模块均安装在仪器环境控制模块内部；竖直传动模块安装在水平传动模块上；/n水平传动模块包括电机、带轮、皮带、滑块和导轨，水平传动模块为生化分析仪的运动系统；两滑块分别固定在皮带上表面和皮带下表面，滑块能够在皮带驱动下沿导轨产生对称运动；滑块驱动对称光学模块中的连杆组；连杆组由四根连杆组成，每一侧有两根连杆，每侧的两根连杆之间为顺次平行连接，两根连杆的总长度能自动调节；每侧的两根连杆一端固定在一轴上，作为旋转中心，每侧的两根连杆的另一端分别固定在左右两滑块上，使左右两侧的连杆产生对称运动，入射光源与光电接收器分别固定在左侧连杆与右侧连杆上，棱镜与微流控传感芯片接触面的中线与旋转轴重合，固定棱镜与流通池模块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：包括水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块、仪器环境控制模块和控制与通信模块；对称光学模块固定在水平传动模块上；水平传动模块为一能够进行对称运动的角度调节系统，用来调节入射光与接收光装置的角度；棱镜与流通池模块中的流通池模块搭载在棱镜上方，流通池模块包括传感芯片和微流控流通池；入射光源穿过棱镜照射到传感芯片上，与传感芯片上的生物分子发生共振后产生出射光，分析光电检测器的光强变化；水平传动模块、对称光学模块、棱镜与流通池模块、竖直传动模块和控制与通信模块均安装在仪器环境控制模块内部；竖直传动模块安装在水平传动模块上；
水平传动模块包括电机、带轮、皮带、滑块和导轨，水平传动模块为生化分析仪的运动系统；两滑块分别固定在皮带上表面和皮带下表面，滑块能够在皮带驱动下沿导轨产生对称运动；滑块驱动对称光学模块中的连杆组；连杆组由四根连杆组成，每一侧有两根连杆，每侧的两根连杆之间为顺次平行连接，两根连杆的总长度能自动调节；每侧的两根连杆一端固定在一轴上，作为旋转中心，每侧的两根连杆的另一端分别固定在左右两滑块上，使左右两侧的连杆产生对称运动，入射光源与光电接收器分别固定在左侧连杆与右侧连杆上，棱镜与微流控传感芯片接触面的中线与旋转轴重合，固定棱镜与流通池模块。


2.根据权利要求1所述的一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：旋转中心与棱镜的位置固定，通过皮带传动和连杆结构自动的改变旋转臂的角度与长度；使用一个驱动源，使入射光源与接受装置的角度随之对称改变，同时光路的距离保持不变。


3.根据权利要求1所述的一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：所述竖直传动模块能够改变旋转中心的高度，扩大扫描角度范围。


4.根据权利要求1所述的一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：所述棱镜与流通池模块中的微流控流通池在传感芯片上方水平重叠，所述流通管路一端与微流控流通池连接，另一端与自动进样泵连通。


5.根据权利要求1所述的一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：所述控制与通信系统包括信号调理电路、中央处理单元和通信接口，控制与通信系统用于水平传动模块、对称光学模块、竖直传动模块、棱镜与流通池模块之间的协同工作，采集并处理光强信号，并与计算机通信交互。


6.根据权利要求1所述的一种小型多角度扫描表面等离子体共振生化分析仪，其特征在于：入射光角度微调结构，由五个孔位构成，包括旋转中心(47)、调节孔位(48)和固定孔位(49)，旋转中心(47)的数量为一个，调节孔位(48)和固定孔位(49)的数量均为两个，两个调节孔位(48)沿旋转中心(47)对角布置，两个固定孔位(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李逸琛，张璐璐，邱宪波，龚士淞，黄亚峰，张浩，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11