本发明专利技术涉及激光共聚焦斜入射椭偏高通量生物分子反应成像检测装置。在样品平台上有载有生物样品微阵列的样品基片，样品基片下方有进出液口与多通道注射泵相连接的多通道恒温流通池；在一倒置激光共聚焦显微镜的载物台位置安置多通道恒温流通池；在样品平台的对应两边分别有两个对称竖直放置带有凹槽的平板，且在凹槽中分别安装有沿入射光路方向顺序设置的激光器、起偏器、光弹调制器、相移器和聚焦透镜的机械臂，和沿反射光路方向顺序设置的聚焦透镜、斩波器、偏振分析器和光电探测器的机械臂；一锁相放大器的数据入出口端分别与光电探测器的数据出口端及数据采集卡的数据入口端相连接，计算机分别与数据采集卡和多通道注射泵的控制器相连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高通量检测生物分子反应的装置，特别涉及一种基于激光共聚焦显微系统的实时观测和高通量检测生物分子微阵列(生物芯片)反应的斜入射椭偏成像检测装置。
技术介绍
在生命科学研究中，生物分子之间的相互作用是一种基本的生命现象，也是现代生命科学研究的重大问题之一，研究生物分子之间的相互作用的传统方法有多种，如放射免疫分析方法、酶连结免疫分析方法、标记示踪法等。然而，由于这些方法要涉及不同种类和含量的细胞、生物分子，而且各种物质间存在着复杂的相互作用，因而利用这些传统的研究方法很难准确获取生物分子之间的相关的传递信息，同时，日益增加的新蛋白和DNA序列数据也迫切需要能够准确、高通量的快速鉴定生物分子之间的相互作用的方法。上个世纪80年代初期，有人提出通过微电子技术和生物技术相结合，制作出具有生物活性的微结构的构想来实现高通量检测生物分子之间的相互作用，这就是生物芯片技术的原型。但是由于加工技术等相关科技手段的限制，直到上个世纪90年代，生物芯片技术才取得长足的进步。目前生物芯片特别是二维生物芯片已经实现了产业化。伴随生物芯片技术发展起来的芯片检测技术目前主要分为两种，一是化学方法，如同位素标记、荧光标记和电化学方法等，目前使用最多的是荧光标记方法，主要采用荧光激光共聚焦系统进行高通量检测微阵列生物分子反应，这种方法的灵敏度较高，但需要对样品进行前期处理、定量检测困难、 对待测样品有损伤且易发生光漂泊现象；二是物理方法，如表面等离子激元显微镜、原子力显微镜、质谱法、椭偏仪等，其中椭偏仪由于它不需要对待测物作标记，也不会对待测生物分子活性造成任何扰动和损伤，具有实时和灵敏度较高等优点而被广泛应用。目前已经出现了消光式椭偏仪、光度式椭偏仪、椭偏光谱仪、红外椭偏光谱仪、成像椭偏仪和广义椭偏仪等。其中用于芯片生物分子之间相互作用检测的主要是成像椭偏仪，可进行生物分子的厚度、直径和的三维形貌的测量；非标记实时生物芯片的扫描和各种生物分子的吸附、解吸附过程测量和动力学研究，通过它可以实时观察分子之间相互作用过程中的变化情况，得到很多传统技术难以提供的生物分子之间相互作用的信息。但是由于该领域的研究正处于发展阶段，在实际应用中的许多科学问题尚待进一步探索，如成像椭偏仪一般都采用复色光或多波长激光光源，机械结构比较复杂；采用CCD器件，干扰了样品反射光的偏振态， 且有很强的本底信号，成像速度慢，无法实现原位高灵敏度在线检测，数据处理复杂，准确性不够高等；对于多元阵列既同一芯片上的阵列有不同生化反应的精度测量还很难实现， 多数实验数据是在不精确的实验设计下获得的，而且检测的精确度和方便程度都有一定的欠缺；无法避免服特异性吸附等。因此椭偏系统仍需优化、原理和数据处理方法上有待改进和提高。其中方法之一是与其它仪器联合使用以提高仪器灵敏度和可靠性，如文献 (Wei-Liang Hsu, Shu-Sheng Lee, Chih-Kung Lee, J. Biomed. Opt. ,2009,14,024036) 绍了 ffei-Liang Hsu等人将其与表面等离子共振结合起来提高生物芯片检测的灵敏度和准确性等，文献(Schuy S, Faiss S, Yoder NC, Kalsani V, Kumar K, Janshoff A, et al, J. Phys. Chem. B Biointerfaces, 2008,112,8250.)介绍了 Schuy S 等人将其与全内反射光谱相结合来实现高灵敏检测等。方法之二就是新技术和有效算法的使用，如文献(Cormier G，BoudreauR. Opt. Soc. Am，2000，1，129.)中介绍了偏振调制器的使用和遗传算法的引入。 斜入射椭偏法是在传统光学椭偏技术的基础上有了很大的灵活性。传统光学椭偏的入射光是接近正入射，只适用于表面各向异性的材料光学特性的检测，斜入射差分光学椭偏技术在斜入射光路中加入了调整背底强度的器件来消除背底信号，这样使其测量不限于具有表面光学各向异性的材料，同时采用差分的方法大大提高了精度。如果将激光共聚焦技术与光学椭偏技术相结合，利用斜入射椭偏技术的高灵敏性，能获取分子间相互作用的动力学信息，及激光共聚焦技术的高三维图像分辨率和较深的穿透性等特点，辅以微流控技术经济集成的优点，有望实现对生物阵列反应的原位实时、高通量、定性、定量多元灵敏检测。而目前国内外还没有集激光共聚焦技术与光学椭偏技术于一体的商品化产品。本专利技术的装置可以应用于包括小分子，蛋白分子，大分子，纳米单体，细胞之间的相互作用及动力学过程实现原位实时，定量、定性灵敏检测中的应用，同时也使研究领域从生物体系扩展至纳米、 信息、材料等领域，从而进一步丰富人们对微观世界的认识和了解，为揭示生命科学、纳米科学、信息科学、材料科学研究中的基本物理化学问题提供新的研究方法和手段。本专利技术的建立一套激光共聚焦斜入射椭偏高通量生物分子反应成像检测装置，在传统椭偏原理上又引入了差分偏振法，结合激光共聚焦技术灵敏荧光成像的特点，辅以微流控和化学手段避免了非特异吸附，可实现生物芯片的原位、实时、定量、定性、高通量、多元反应的精确检测。同时采用有效的数学物理方法研究典型生物反应机理，拓展了该系统的应用范围。本专利技术的开展能够开发出我国自主知识产权的多元生化反应检测系统，提高我国在生物芯片检测仪器方面的国际竞争力，有巨大应用前景和经济价值。研制的成像系统能够应用于不同物种。
技术实现思路
本专利技术的目的是将激光共聚焦技术与斜入射椭偏技术相结合，利用椭偏检测技术的高灵敏性能获取分子间相互作用的动力学信息，及利用激光共聚焦技术的高三维图像分辨率和较深的穿透性等特点，辅以微流控技术，以实现对生物分子的高通量、原位实时、定量灵敏检测，从而提供一种既能原位定性定量检测又能实时观测生物分子反应的激光共聚焦斜入射椭偏高通量生物分子反应成像检测装置。本专利技术的激光共聚焦斜入射椭偏高通量生物分子反应成像检测装置是基于激光共聚焦显微系统，所采用的原件均为市售产品；所述的装置包括样品平台、手动机械转角装置、椭偏检测单元、共聚焦单元、数据采集和数据处理系统。一具有三维电动调节机构的所述的样品平台上有载有生物样品微阵列的样品基片，在所述的样品基片下方有多通道恒温流通池；所述的多通道恒温流通池的进液口通过管路与多通道注射泵的出液口相连接，多通道恒温流通池的出液口通过管路与多通道注射泵的进液口相连接，以使多通道恒温流通池中的液体循环流通；所述的共聚焦单元包括一倒置激光共聚焦显微镜，在倒置激光共聚焦显微镜的载物台位置安置所述的多通道恒温流通池；所述的手动机械转角装置包括固定在所述的样品平台对应两边的两个对称竖直放置的带有凹槽的平板，及两个分别安装在两个凹槽中的机械臂；所述的机械臂可在竖直方向上进行角度0-90°之间的随意调节(通过手动控制机械臂的转动，可以调节聚焦在样品上的入射光束和出射光束的角度)；所述的椭偏检测单元包括安装在所述的一机械臂上的沿入射光路方向顺序设置的激光器、起偏器、光弹调制器、相移器和聚焦透镜，安装在所述的另一机械臂上的沿反射光路方向顺序设置的聚焦透镜、斩波器、偏振分析器和光电探测器；所述的数据采集和数据处理系统包括锁相本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种激光共聚焦斜入射椭偏高通量生物分子反应成像检测装置，所述的装置包括样品平台、手动机械转角装置、椭偏检测单元、共聚焦单元、数据采集和数据处理系统；其特征是：一具有三维电动调节机构的所述的样品平台上有载有生物样品微阵列的样品基片，在所述的样品基片下方有多通道恒温流通池；所述的多通道恒温流通池的进液口通过管路与多通道注射泵的出液口相连接，多通道恒温流通池的出液口通过管路与多通道注射泵的进液口相连接；所述的共聚焦单元包括一倒置激光共聚焦显微镜，在倒置激光共聚焦显微镜的载物台位数据入口端通过数据线与所述的多通道注射泵的控制器相连接。计算机；所述的锁相放大器的数据入口端通过数据线与所述的光电探测器的数据出口端相连接，锁相放大器的数据出口端通过数据线与所述的数据采集卡的数据入口端相连接，所述的数据采集卡的数据出口端通过数据线与所述的计算机的一数据入口端相连接，计算机的另一装在所述的一机械臂上的沿入射光路方向顺序设置的激光器、起偏器、光弹调制器、相移器和聚焦透镜，安装在所述的另一机械臂上的沿反射光路方向顺序设置的聚焦透镜、斩波器、偏振分析器和光电探测器；所述的数据采集和数据处理系统包括锁相放大器、数据采集卡和置安置所述的多通道恒温流通池；所述的手动机械转角装置包括固定在所述的样品平台对应两边的两个对称竖直放置的带有凹槽的平板，及两个分别安装在两个凹槽中的机械臂；所述的机械臂可在竖直方向上进行角度０－９０°之间的随意调节；所述的椭偏检测单元包括安...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪艳，汪鹏飞，刘卫敏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11
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