空间相位调制干涉阵列检测生物芯片的方法及系统，属于生物技术领域，本发明专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的生物芯片检测方法及系统，可以无需标记检测不同容量的ＤＮＡ芯片和蛋白质芯片，实时获取生物分子相互作用的信息。本发明专利技术公开的空间相位调制干涉阵列检测生物芯片的方法的原理是：从生物传感单元反射的光通过一维放大透镜组后再射入渥拉斯顿棱镜，所包含的偏振方向正交的ｓ光和ｐ光被分成两条沿不同方向传播的光线，在渥拉斯顿棱镜中实现共光路空间相位调制干涉；干涉条纹经起偏器和成像透镜后由ＣＣＤ转换成电信号，经处理后同时获得阵列芯片中各单元上发生反应的即时相位变化信息，提供给生物学家和医学家进行解析。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物
，特别涉及用来实现高通量检测蛋白质-蛋白质、蛋白质-效应物、蛋白质-DNA、DNA-DNA、配体-受体等相互作用的检测方法及其专用设备。
技术介绍
生物芯片是二十世纪九十年代初问世的，正在发展成为生命科学的重要技术平台。目前，生物芯片主要包含DNA芯片(又称基因芯片)和蛋白质芯片。DNA芯片是根据互补单链DNA的杂交原理，采用荧光标记法检测；蛋白质芯片是基于蛋白质捕获分子“配件”的特异性反应，现在也主要是采用荧光标记。对DNA来说，相对稳定，标记法对检测精度影响不大，但较麻烦。蛋白质却不然，不仅标记麻烦，而会影响到结合位点，即影响检测精度。因此，需要寻找无标记检测法。基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，简称SPR)原理的检测方法，以其无需标记、实时和灵敏而受睐(见中国专利ZL99107780.6，申请日为1999年5月28日)。SPR检测可分为光强法(包括角度扫描和波长扫描)和相位法两大类。理论分析和相关实验证明，相位检测与光强检测相比，灵敏度要高1-2个数量级。尽管相位检测比光强检测相比，技术要求高，但还是越来越受到重视。相位检测主要有外差干涉、剪切干涉、椭偏和Mach-Zehnder干涉等方法。外差干涉法的工作原理已在上述中国专利ZL99107780.6中详细描述，其特点是检测精度高，但只能单点检测或对单元数量不多的线阵进行检测，无法实现面阵列测量。由俄罗斯P.I.Nikitin提出的剪切干涉原理(见图1)是一束会聚的正交线振光透过棱镜2射到棱镜2和金膜1的界面上，接着从该界面反射，又透过棱镜2射到双折射晶体3上。入射光被双折射晶体3分成两束，这两束光通过偏光镜4后在光电检测器5的阵面上产生干涉，干涉条纹被其转换成电信号。当发生表面等离子体共振时，其中一个线偏振分量发生相移，光电检测器5的接收面上的干涉条纹相位随之变化，分析其变化就可获取相关信息。这种方法结构紧凑，但空间分辨率低，实用性差。由美国Accurio LLC.科学仪器公司开发的SPR成像椭偏仪的工作原理(见图2)是He-Ne激光器6发出的激光通过线性起偏器7和1/4波片8后成椭圆偏振光，再透过棱镜9射到棱镜9与金膜10的界面上。接着，从棱镜9与金膜10的界面反射，反射光完全是线偏振光。反射光透过棱镜9，通过长工作距物镜13和分析器14，成像在CCD(电荷耦合器件)15上。吸附在金膜10上的耦联层11上固定有受体；样本溶液12包含分析物(即配体)。当样本溶液12中的“配体”与固定在耦联层上的“受体”结合时，在SPR的条件下，从棱镜9和金膜10界面反射的光的偏振态就发生变化，由CCD15检测出其变化，经处理后得到相关信息。这种方法精度高，可阵列检测，而且阵列容量可很大，甚至可对应一个CCD像素测量一个检测点，但是检测时间较长，适合静态测量，难能达到实时检测要求。由俄罗斯P.I.Nikitin等人提出的Mach-Zehuder干涉仪工作原理(见图3)是来自激光器16的p偏振光通过起偏器17后成线偏振光，射到分光镜18上后分成两束。一束通过起偏器19和相位延迟波片20射到反射镜21上，作为参考光；另一束透过棱镜22射到棱镜22和金膜23的界面上，而后反射并透过棱镜22，射到分光镜25上，作为测量光束。在分光镜25上，测量光束与从反射镜21反射的参考光重叠，产生干涉。所产生的干涉光束通过检偏器26和由透镜27与28组成的透镜组后，成像在CCD(电荷耦合器件)29上。当在SPR条件下阵列面24上发生反应，从棱镜22和金膜23界面反射的光就会发生相位变化，干涉条纹的相位也随之变化，由CCD29记录，处理后得到有关信息。这种方法能实现阵列检测，即一次同时读入阵列芯片中各单元的信息，可是该系统的参考光与测量光不共光路，机械振动和温度变化都影响检测精度，难以得到理想的高精度。为了提高Mach-Zehnder干涉法的检测精度，台湾国立清华大学吴辰明(Chien-Ming Wu)把Mach-Zehnder干涉与外差干涉结合起来，其工作原理(见图4)是由氦氖激光器30发出的激光通过分光镜31后分成两束，一束通过声光调制器32后射到反射镜33上，反射后射到分光镜36上；另一束经反射镜34反射后，再通过声光调制器35射到分光镜36上。在分光镜36上，两束光混合成一束。声光调制器32和35的调制频率分别为40MHz和40.06MHz，合成后的光束是具有60KHz频率的线性正交偏振光。接着，合成的光在通过分光镜37后被分成两束光，一束通过起偏器38后产生干涉，干涉信号由光电接收器39转换成电信号，作为参考信号；另一束进入棱镜41，射到棱镜41与金膜40的界面上，反射后进入全内反射棱镜(Total Inflection，简写为TIR)42。从全内反射棱镜42射出的光通过起偏器43后产生干涉，干涉信号由光电接收器44转换成电信号，作为测量信号。当金膜40的表面发生反应且在SPR共振条件下，从棱镜41和金膜40的界面反射的光就发生相位变化，通过起偏器43后产生的干涉条纹相位随之变化。比较光电接收器39与44输出信号的相位差，就能获得相关信息，很显然，这种方法实现了测量光与参考光共光路，能提高精度。但是，结构复杂了，还要求声光调制器的频率很稳定。现代生物技术既要求检测精度高，又希望达到高通量，还要求结构简单、可靠。显然，上述方法都存在不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术的不足，提供一种新的生物芯片检测方法及系统，可以检测不同容量的DNA芯片和蛋白质芯片，实时获取生物分子相互作用的信息。本专利技术提供了一种空间相位调制干涉阵列检测生物芯片的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤1)激光器发出的激光经衰减器后进行空间滤波和准直；准直后的光经起偏器和矩形光栏后成矩形平行线偏振光束；2)所述矩形平行线偏振光束经生物传感单元反射后射入一维放大透镜组；从一维放大透镜射出时，光斑恢复到入射生物传感单元时的形状和大小；3)使一维放大透镜组射出的光射入渥拉斯顿棱镜，入射光中所包含的偏振方向正交的s光和p光被分成两条沿不同方向传播的光线，从而在渥拉斯顿棱镜中实现共光路空间相位调制，产生表面等离子体共振空间干涉；4)上述产生的干涉条纹经起偏器和成像透镜后，成像在CCD(电荷耦合器件)靶面上，由CCD将干涉图像转换成电信号，经处理后存入计算机；计算机对CCD获得的图像进行处理，能同时获得生物传感单元里的阵列芯片中各单元上发生反应的即时相位变化信息，提供给生物学家和医学家进行解析。本专利技术还提供了一种空间相位调制干涉阵列检测生物芯片系统，包括入射臂、生物传感单元、反射臂和信号处理单元，其特征在于所述反射臂位于生物传感单元反射光射出的一侧，包括依次置于反射光轴上的一维放大透镜组、渥拉斯顿棱镜、检偏器和成像透镜。本专利技术所述的一维放大透镜组由共光轴的平-凸柱面镜和平-凹柱面镜组成，所述平-凹柱面镜的凹面为光线入射面，所述平-凸柱面镜的凸面为光线射出面，所述一维放大透镜组的放大倍数为2～4倍。本专利技术所述的渥拉斯顿棱镜的分束角为2.5°～10°，通光口径为10×10-20×20mm2。本专利技术所述的生物传感单元为表面等离子体共振生物传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
空间相位调制干涉阵列检测生物芯片的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：１）激光器发出的激光经衰减器后进行空间滤波和准直；准直后的光经起偏器和矩形光栏后成矩形平行线偏振光束；２）所述矩形平行线偏振光束经生物传感单元反射后射入一维放大透镜组；从一维放大透镜射出时，光斑恢复到入射生物传感单元时的形状和大小；３）使一维放大透镜组射出的光射入渥拉斯顿棱镜，入射光中所包含的偏振方向正交的ｓ光和ｐ光被分成两条沿不同方向传播的光线，从而在渥拉斯顿棱镜中实现共光路空间相位调制，产生表面等离子体共振空间干涉；４）上述产生的干涉条纹经起偏器和成像透镜后，成像在ＣＣＤ靶面上，由ＣＣＤ将干涉图像转换成电信号，经处理后存入计算机；计算机对ＣＣＤ获得的图像进行处理，能同时获得生物传感单元里的阵列芯片中各单元上发生反应的即时相位变化信息，提供给生物学家和医学家进行解析。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余兴龙，王鼎新，魏星，刘俊峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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