專利名稱：一種單通道多參數(shù)表面等離子體諧振測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)試儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是單通道多參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
目前，單通道表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀每次只測(cè)量一個(gè)參數(shù)，多通道表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀的每個(gè)通道也只測(cè)量一個(gè)參數(shù)，造成測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，耗時(shí)且容易出錯(cuò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種新型單通道多參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀，該儀器采用兩單元芯片、配合相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙參數(shù)檢測(cè)；或采用多單元芯片及相應(yīng)的信號(hào)采集處理系統(tǒng)，也可以實(shí)現(xiàn)單通道多參數(shù)測(cè)試。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種單通道多參數(shù)表面等離子體諧振測(cè)試儀，包括控制系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械掃描系統(tǒng)、流通系統(tǒng)及表面等離子體諧振芯片、信號(hào)采集處理軟件和系統(tǒng)操作控制軟件等部分，構(gòu)成完整的表面等離子體諧振測(cè)試系統(tǒng)，其中，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)掃描結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)制，進(jìn)行角度和光強(qiáng)信號(hào)單通道檢測(cè)；其采用多單元表面等離子體諧振芯片，待測(cè)樣品經(jīng)單通道流過(guò)芯片時(shí)，可給出對(duì)應(yīng)的多參數(shù)檢測(cè)結(jié)果。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其所述流通系統(tǒng)，包括測(cè)試池、管路、進(jìn)液閥、蠕動(dòng)泵和敏感芯片；其中，光學(xué)棱鏡下方緊密連接有表面等離子體諧振多單元敏感芯片的金膜，金膜下方緊密連接有測(cè)試池；測(cè)試池兩端設(shè)有進(jìn)液管和出液管，進(jìn)液管連有進(jìn)液閥，進(jìn)液閥設(shè)有兩進(jìn)口，一進(jìn)口與樣品管連通，另一進(jìn)口與載液管連通，載液管上裝有蠕動(dòng)泵；測(cè)量池內(nèi)樣品與流通系統(tǒng)表面等離子體諧振多單元敏感芯片接觸，給出對(duì)應(yīng)的多參數(shù)檢測(cè)結(jié)果。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其所述表面等離子體諧振芯片，為并列式的裸金表面等離子體諧振芯片；多單元表面等離子體諧振芯片，至少是兩單元并列式的裸金表面等離子體諧振芯片。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其所述機(jī)械掃描系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)、連桿組、滑塊、導(dǎo)軌、螺桿、電機(jī)、角位移傳感器和拉桿，其中，連桿組由四根連桿組成，四根連桿圍成菱形，四根連桿可以以連點(diǎn)為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，其一連點(diǎn)B安裝在光學(xué)平臺(tái)上，另一相對(duì)的連點(diǎn)A與拉桿連接，拉桿另一端連接滑塊；在滑塊下有一導(dǎo)軌，滑塊可在導(dǎo)軌上移動(dòng)；滑塊另一端接有螺桿，螺桿另一端與電機(jī)傳動(dòng)軸動(dòng)連接，且螺桿另一端端部與角位移傳感器連接；光源和陣列光電二極管分別放置在連桿組的連點(diǎn)B兩側(cè)的連桿上，位于光學(xué)棱鏡的入射和反射光路上；光學(xué)棱鏡、表面等離子體諧振芯片和測(cè)量池一起組合在光學(xué)平臺(tái)上。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其所述機(jī)械掃描系統(tǒng)，可進(jìn)行角度測(cè)試或在特定角度下的光強(qiáng)測(cè)試。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其所述光源是半導(dǎo)體激光器；陣列光電二極管至少為兩單元光電二極管陣列或CCD。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其所述光源，通過(guò)平行光路系統(tǒng)形成一定面積的光束；雙參數(shù)測(cè)試時(shí)，采用的光接收器是兩單元光電二極管，多參數(shù)測(cè)試時(shí)，采用的光接收器是多單元光電二極管陣列或CCD。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其每次測(cè)量給出的多參數(shù)測(cè)量結(jié)果，其中一個(gè)參數(shù)是參比值，與樣品測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)差分，可消除溫度和噪聲的影響，提高測(cè)試可靠性和準(zhǔn)確性。
所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)決定機(jī)械掃描系統(tǒng)的運(yùn)行速度和方向，以高精度地調(diào)節(jié)光束入射角，實(shí)現(xiàn)角度掃描；采集信號(hào)分為角度和光強(qiáng)兩種，當(dāng)機(jī)械運(yùn)行到極限位置時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)角度進(jìn)行校正，并根據(jù)運(yùn)行結(jié)果對(duì)機(jī)械速度自動(dòng)調(diào)整；在每一個(gè)可分辨的入射角度，系統(tǒng)都對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的采樣率和樣本數(shù)可控，每次運(yùn)行的結(jié)果作為決定下次測(cè)量時(shí)的參考依據(jù)。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)是在本發(fā)明人授權(quán)專利ZL專利號(hào)98102366.5的基礎(chǔ)上，除保持原表面等離子體諧振測(cè)試儀基本結(jié)構(gòu)外，進(jìn)一步擴(kuò)展和完善系統(tǒng)。通常采用點(diǎn)光源即可，本發(fā)明采用了有一定面積的平行光束，以復(fù)蓋兩單元或多單元芯片，所以本發(fā)明系統(tǒng)采用平行光束光源和與芯片對(duì)應(yīng)的兩單元或多單元光電二極管以及相應(yīng)的流動(dòng)注入系統(tǒng)，并配置兩單元或多單元芯片信息采集和處理系統(tǒng)。本發(fā)明的測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，同時(shí)可做多參數(shù)自動(dòng)化測(cè)試，且測(cè)試數(shù)據(jù)可靠、精確。


圖1是本發(fā)明單通道多參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明單通道多參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀的光學(xué)和機(jī)械掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明單通道多參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀的系統(tǒng)光路和流通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明單通道雙參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀的應(yīng)用實(shí)例測(cè)試曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明裝置不僅具有表面等離子體諧振(SPR)生化分析技術(shù)特有的樣品無(wú)需標(biāo)記和不需純化處理、可檢測(cè)混濁或不透明的樣品、可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)、入射角范圍寬、角度變化分辨率高，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且相對(duì)于單參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀還具有檢測(cè)靈敏度高、需樣品量更少、過(guò)程方便快捷、準(zhǔn)確可靠、應(yīng)用范圍廣和能進(jìn)行高通量檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，并且，該裝置帶有配套的流動(dòng)注入系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單通道雙參數(shù)或多參數(shù)自動(dòng)化檢測(cè)，在生命科學(xué)、化學(xué)分析、臨床診斷、藥物篩選、食品安全、環(huán)境監(jiān)控和有關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域中都可廣泛應(yīng)用。
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，測(cè)試儀的組成包括光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械掃描系統(tǒng)、流通系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等四個(gè)部分，四個(gè)部分按標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)方式連接，并與測(cè)試儀控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)相聯(lián)，構(gòu)成完整的光、機(jī)、電一體化系統(tǒng)。
圖2是機(jī)械掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中，測(cè)試儀基座1，光學(xué)平臺(tái)2，連桿組3，滑塊4，導(dǎo)軌5，螺桿6，電機(jī)7，角位移傳感器8，拉桿9，光源10，兩(或多)單元陣列光電二極管11，光學(xué)棱鏡12和測(cè)量池13。
其特征在于，根據(jù)表面等離子體諧振(SPR)角調(diào)制原理而采用機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)。這里所說(shuō)的機(jī)械掃描運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括光學(xué)平臺(tái)2、連桿組3、滑塊4、導(dǎo)軌5、螺桿6、電機(jī)7、角位移傳感器8和拉桿9，其中，連桿組3由四根連桿組成，四根連桿圍成菱形，四根連桿可以連點(diǎn)為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，其一連點(diǎn)B安裝在光學(xué)平臺(tái)2上，另一相對(duì)的連點(diǎn)A與拉桿9連接，拉桿9另一端連接滑塊4。在滑塊4下有一導(dǎo)軌5，滑塊4可在導(dǎo)軌5上移動(dòng)?；瑝K4另一端接有螺桿6，螺桿6另一端與電機(jī)7動(dòng)連接，且螺桿6另一端端部與角位移傳感器8固接。
光源10和兩(或多)單元陣列光電二極管11分別放置在連桿組3的連點(diǎn)B兩側(cè)的連桿上，位于光學(xué)棱鏡12的入射和反射光路上。光源10是半導(dǎo)體激光器。光學(xué)棱鏡12、表面等離子體諧振(SPR)芯片和測(cè)量池13等一起組合在光學(xué)平臺(tái)2上。
圖3是系統(tǒng)光路、兩(或多)單元表面等離子體諧振(SPR)芯片及流通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，光學(xué)棱鏡12下方緊密連接有表面等離子體諧振兩單元敏感芯片21或多單元敏感芯片22的金膜14，金膜14下方緊密連接有測(cè)試池13。測(cè)試池13兩端設(shè)有進(jìn)液管15和出液管16，進(jìn)液管15連有進(jìn)液閥17，進(jìn)液閥17設(shè)有兩進(jìn)口，一與樣品管18連通，另一與載液管19連通，載液管19上裝有蠕動(dòng)泵20。測(cè)量池13內(nèi)樣品與流通系統(tǒng)表面等離子體諧振(SPR)兩單元敏感芯片21或多單元敏感芯片22接觸。
下面結(jié)合附圖敘述本發(fā)明。
如圖1所示，控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)決定機(jī)械掃描運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行速度和方向，以高精度地調(diào)節(jié)光束入射角，實(shí)現(xiàn)角度掃描；采集信號(hào)分為角度和光強(qiáng)兩種，當(dāng)機(jī)械運(yùn)行到極限位置時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)角度進(jìn)行校正，并根據(jù)運(yùn)行結(jié)果對(duì)機(jī)械速度自動(dòng)調(diào)整。在每一個(gè)可分辨的入射角度，系統(tǒng)都對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的采樣率和樣本數(shù)可控。每次運(yùn)行的結(jié)果作為決定下次測(cè)量時(shí)的參考依據(jù)。
圖2可知，杠桿機(jī)構(gòu)可以精確地實(shí)現(xiàn)微小角位移，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)微小的入射角度變化和較大的變化范圍，而且同時(shí)對(duì)反射光進(jìn)行了跟蹤；系統(tǒng)的靈敏度決定于電機(jī)7和角位移傳感器8最小可分辨的角位移；系統(tǒng)的精確度主要由螺桿6的制造精度決定，而滑塊4的行程長(zhǎng)度和連桿的臂長(zhǎng)決定測(cè)量范圍的大??；使用本發(fā)明時(shí)，待測(cè)物是由蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)和閥門(mén)控制，通過(guò)放置在光學(xué)平臺(tái)2上的測(cè)量池13與流通系統(tǒng)表面等離子體諧振(SPR)兩單元或多單元敏感芯片接觸反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的檢測(cè)。
圖4所示為單通道雙參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀應(yīng)用時(shí)實(shí)測(cè)樣品曲線圖。圖中兩條曲線中一條(綠線)為參比曲線、一條為樣品曲線(紅線)，將參比值與樣品測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)差分，可消除溫度和噪聲等外界因素的干擾和影響，進(jìn)一步提高了測(cè)試可靠性和準(zhǔn)確性。
權(quán)利要求
1.一種單通道多參數(shù)表面等離子體諧振測(cè)試儀，包括控制系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械掃描系統(tǒng)、流通系統(tǒng)及表面等離子體諧振芯片、信號(hào)采集處理軟件和系統(tǒng)操作控制軟件部分，構(gòu)成完整的表面等離子體諧振測(cè)試系統(tǒng)，其中，以機(jī)械運(yùn)動(dòng)掃描結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)制，進(jìn)行角度和光強(qiáng)信號(hào)單通道檢測(cè)；其特征在于，采用多單元表面等離子體諧振芯片，待測(cè)樣品經(jīng)單通道流過(guò)芯片時(shí)，可給出對(duì)應(yīng)的多參數(shù)檢測(cè)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，所述流通系統(tǒng)，包括測(cè)試池、管路、進(jìn)液閥、蠕動(dòng)泵和敏感芯片；其中，光學(xué)棱鏡下方緊密連接有表面等離子體諧振多單元敏感芯片的金膜，金膜下方緊密連接有測(cè)試池；測(cè)試池兩端設(shè)有進(jìn)液管和出液管，進(jìn)液管連有進(jìn)液閥，進(jìn)液閥設(shè)有兩進(jìn)口，一進(jìn)口與樣品管連通，另一進(jìn)口與載液管連通，載液管上裝有蠕動(dòng)泵；測(cè)量池內(nèi)樣品與流通系統(tǒng)表面等離子體諧振多單元敏感芯片接觸，給出對(duì)應(yīng)的多參數(shù)檢測(cè)結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，所述表面等離子體諧振芯片，為并列式的裸金表面等離子體諧振芯片；多單元表面等離子體諧振芯片，至少是兩單元并列式的裸金表面等離子體諧振芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，所述機(jī)械掃描系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)、連桿組、滑塊、導(dǎo)軌、螺桿、電機(jī)、角位移傳感器和拉桿，其中，連桿組由四根連桿組成，四根連桿圍成菱形，四根連桿可以以連點(diǎn)為軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，其一連點(diǎn)B安裝在光學(xué)平臺(tái)上，另一相對(duì)的連點(diǎn)A與拉桿連接，拉桿另一端連接滑塊；在滑塊下有一導(dǎo)軌，滑塊可在導(dǎo)軌上移動(dòng)；滑塊另一端接有螺桿，螺桿另一端與電機(jī)傳動(dòng)軸動(dòng)連接，且螺桿另一端端部與角位移傳感器連接；光源和陣列光電二極管分別放置在連桿組的連點(diǎn)B兩側(cè)的連桿上，位于光學(xué)棱鏡的入射和反射光路上；光學(xué)棱鏡、表面等離子體諧振芯片和測(cè)量池一起組合在光學(xué)平臺(tái)上。
5.如權(quán)利要求4所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，所述機(jī)械掃描系統(tǒng)，可進(jìn)行角度測(cè)試或在特定角度下的光強(qiáng)測(cè)試。
6.如權(quán)利要求4所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，所述光源是半導(dǎo)體激光器；陣列光電二極管至少為兩單元光電二極管陣列或CCD。
7.如權(quán)利要求4或6所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，所述光源，通過(guò)平行光路系統(tǒng)形成一定面積的光束；雙參數(shù)測(cè)試時(shí)，采用的光接收器是兩單元光電二極管，多參數(shù)測(cè)試時(shí)，采用的光接收器是多單元光電二極管陣列或CCD。
8.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，每次測(cè)量給出的多參數(shù)測(cè)量結(jié)果，其中一個(gè)參數(shù)是參比值，與樣品測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)差分，可消除溫度和噪聲的影響，提高測(cè)試可靠性和準(zhǔn)確性。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或8所述的表面等離子體諧振測(cè)試儀，其特征在于，控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)決定機(jī)械掃描系統(tǒng)的運(yùn)行速度和方向，以高精度地調(diào)節(jié)光束入射角，實(shí)現(xiàn)角度掃描；采集信號(hào)分為角度和光強(qiáng)兩種，當(dāng)機(jī)械運(yùn)行到極限位置時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)角度進(jìn)行校正，并根據(jù)運(yùn)行結(jié)果對(duì)機(jī)械速度自動(dòng)調(diào)整；在每一個(gè)可分辨的入射角度，系統(tǒng)都對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的采樣率和樣本數(shù)可控，每次運(yùn)行的結(jié)果作為決定下次測(cè)量時(shí)的參考依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明一種單通道多參數(shù)表面等離子體諧振(SPR)測(cè)試儀屬于測(cè)試儀器技術(shù)領(lǐng)域。該測(cè)試儀，包括控制系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械掃描系統(tǒng)、流通系統(tǒng)及表面等離子體諧振芯片、信號(hào)采集處理軟件和系統(tǒng)操作控制軟件等部分，構(gòu)成完整的表面等離子體諧振測(cè)試系統(tǒng)，其中，機(jī)械掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度調(diào)制，進(jìn)行角度和光強(qiáng)信號(hào)檢測(cè)；采用兩單元或多單元表面等離子體諧振芯片，待測(cè)樣品經(jīng)單通道流過(guò)芯片時(shí)，可給出對(duì)應(yīng)的雙參數(shù)或多參數(shù)檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明的測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，可設(shè)定參比單元檢測(cè)或多參數(shù)自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)可靠、精確。
文檔編號(hào)G01H3/00GK1831527SQ200510053510
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者崔大付, 王軍波, 蔡浩原, 王于杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所