專利名稱：光學表面等離子共振生物傳感器雙通道多自由度調整機構的制作方法
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sra生物傳感器多自由度調整機構。
背景技術：
近 ο年來，光學sra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SPR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SPR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SPR生物傳感器按激發表面等離子波的本體不同，有光學棱鏡型、光波導型、光柵型等，按光調制的方式不同以有強度調制型、波長調制型和相位調制型等，光纖sra生物傳感器可以檢測附著上光纖表面微小變化的樣品，具有很高的靈敏度，適用于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sra生物分析儀的便攜化和微型化是一個新興的研究熱點，便攜式光學sra生物分析儀如果仍采用傳統的更換芯片方法，則使操作十分困難，便攜式光學sra生物分析儀要求整體更換帶有Au膜的生物芯片組件。光學sra生物傳感器由一套光學檢測系統和生物傳感器本體構成，單一的生物傳感器由在玻璃基板表面生長50nm的 Au膜和生物耦聯膜組成。生物傳感器表面的50nm Au膜和生物敏感膜是光學SI3R生物傳感器的關鍵，在實際應用中，生物敏感膜隨受感測次數的增加而功能退化，進而難以對被測樣品產生正確的信號響應。在使用時，光學sra生物傳感器中的Au膜、生物耦聯膜(生物芯片)與光學表面等離子波產生本體是不可分離的，這時就需要將生物傳感器一起更換。如中國專利文獻CN101539570A中公開了一種光學SI3R生物芯片、傳感器與微流池的耦合裝置，但該裝置只能耦合利用國外進口的集成式生物傳感器，導致儀器整體造價高昂，勢必增加用戶的使用、維護成本，難以得到普及應用；CN102095684A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，但其激光器光源是固定的，且僅有一個檢測通道，入射光可調整的角度范圍有限，難以滿足不同物質成分的檢測需要。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種光學sra生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，利用本裝置可快速方便地更換生物芯片組件(Au膜、生物耦聯膜和光學表面等離子波產生本體)，可以大幅度降低光學sra傳感器的制造、使用維護成本，且檢測精度大為提高。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是設計一種光學SPR(表面等離子共振)生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，包括生物芯片組件調節單元、光路調節單元、角度調節單元及支撐導向單元，所述生物芯片組件調節單元包括V型上下定位棱鏡托架、定位塊及調節壓緊機構，所述支撐導向單元包括上橫梁、下橫梁、底座及安裝在底座兩側邊上的立板，所述光路調節單元包括激光器擺架、CCD擺架，所述激光器擺架上安裝有激光器、旋轉反射鏡及光線分束組件，所述CCD擺架上安裝有CCD圖像傳感器，所述角度調節單元包括升降組件、轉動支臂、傳動軸及驅動裝置，所述傳動軸安裝在所述支撐導向單元中，其上端活動連接于所述下橫梁上，其下端活動接于所述底座并接其驅動裝置，所述激光器擺架、CCD擺架對稱的分布在所述傳動軸兩側， 二者上端經由共同的轉軸活動連接在所述支撐導向單元的頂部，所述升降組件套裝在所述傳動軸上，兩者螺接配合傳動，該升降組件經由對應的轉動支臂分別連接于所述激光器擺架、CCD擺架的中、下部；所述轉動軸在驅動裝置的驅動下，帶動所述升降組件完成升降行程的同時，經由對應的轉動支臂推動所述激光器擺架和CCD擺架形成一定的夾角范圍，并使所述激光器、CXD圖像傳感器與生物芯片組件之間形成對應的兩個檢測光路通道。所述生物芯片組件調整單元從下至上包括安裝在所述支撐導向單元中的上橫梁上的雙棱鏡托架、契合于雙棱鏡托架的Au膜棱鏡、微流池及共用的壓塊、壓塊耦合架、拉桿及拉桿調節裝置，所述拉桿下端連接固定于所述壓塊耦合架，所述拉桿調節裝置含有彈簧、 彈簧卡位帽、固定螺帽、安裝在拉桿上端的頂板、升降調節凸輪，所述彈簧、彈簧卡位帽依次套裝在所述拉桿的下部，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于前支板上，且使其與所述頂板相匹配調節拉桿的升降，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，能使微流池分別與雙棱鏡托架中的兩個Au膜棱鏡緊密契合。所述光線分束組件包括前置透鏡、分束鏡、并列安裝于雙透鏡架中的后置雙透鏡， 所述前置透鏡將接收到的所述旋轉反射鏡的反射光變為平行光，經所述分束鏡分成雙束平行光，該雙束平行光經所述后置雙透鏡聚焦后分別投射至所述生物芯片組件中的對應的三棱鏡中，形成兩路檢測光線。所述激光器擺架和CXD擺架對稱分布于豎直轉軸兩側，其轉動支臂與鉛垂線的擺動夾角為40° 80°所述轉動支臂上部分為螺紋軸轉動支臂，可調節支臂的長短，轉動支臂下部分為光軸，與下套臂緊密轉動配合。在所述升降組件中設置有限位導向桿，在所述支撐架兩側立板上設置有豎直的導向槽，所述限位導向桿兩端與兩側的導向槽緊密滑動配合。所述旋轉反射鏡的轉速為1800 2200rpm。在所述CXD擺架上設置有透鏡焦距位置調節裝置，用于CXD圖像傳感器的對焦微調。所述驅動裝置為步進電機。本發明具有積極有益的效果1.本發明結構設計精巧，定位準確方便調整激光器、生物芯片組件和CXD三者之間光路的一致性；方便調節微流池與生物芯片組件之間的壓力，使用微流池與Au膜緊密接觸，既防止樣品溶液泄漏又防止因壓力過大而損傷Au膜；方便提升微流池，且微流池提升與復位后，能夠保持微流池與生物芯片組件準確定位；2.生物芯片組件中包括了 Au膜、生物耦聯膜和光學表面等離子波產生本體，解決了僅更換帶有玻璃基板的生物芯片而引起的調試困難、折射率難以匹配的問題，提高了生物傳感器的分析精度，同時也大幅度降低光學SI^R傳感器的使用維護成本；3.本發明機構采用的角度調整機構和雙光路系統，能有效提高儀器測定的準確性、重現性和效率；4.本機構使用生物芯片的更換能夠在Imin內完成，大大縮短光學SI5R生物傳感器調整時間；5.操作使用(更換芯片)簡便，不要求實驗人員具有很高的操作技巧。


圖1為一種光學SPR生物傳感器多自由度調整機構的立體結構示意圖；圖2為圖1的另一角度的立體結構示意圖(去掉一側立板)；圖3為圖1的又一角度的立體結構示意圖(去掉一側立板)。圖中1為激光器擺，2為旋轉反光鏡，3為前置透鏡，4為分束鏡，5為雙透鏡架，6為導軌，7、10為棱鏡托架，8、9為Au膜棱鏡，11為CXD擺架，12為激光器，13,21為立板，14為導向槽，15為底座，16為反射鏡，17為上橫梁，18為下橫梁，19為傳動軸，20為升降組件，22 為限位導向桿，23為CXD圖像傳感器，24為壓塊，25為壓塊耦合架，26為前支板，27為調節手柄，28為凸輪轉軸，四為凸輪，30為拉桿，31為頂板，32為彈簧卡位帽，33為水平支板，34 為彈簧，35為上支臂，36為限位旋鈕，37為下套臂，38為支撐塊，39為導向塊，40為限位塊， 41為限位板，42為滑板，43為調節鈕。
具體實施例方式下面結合具體實施例進一步闡述本發明，但并非是對本發明保護范圍的限定。實施例1 一種光學SI3R生物傳感器多自由度調整機構，參見圖1、圖2、圖3，包括生物芯片組件調節單元、光路調節單元、角度調節單元及位于所述生物芯片組件調節單元下方的導向支撐單元，該導向支撐單元包括上橫梁17、下橫梁18、底座15及安裝在底座兩側邊上的立板13、21 ；所述光路調節單元包括激光器擺架1、C⑶擺架11，角度調節單元包括升降組件20、轉動支臂、傳動軸19及其步進電機(圖中未畫出)，激光器擺架1上安裝有激光器12、旋轉反射鏡2 (轉速為2000rpm)及光線分束組件，該光線分束組件包括前置透鏡3、 分束鏡4、反光鏡16、并列安裝于雙透鏡架5中的后置雙透鏡，前置透鏡3將接收到的旋轉反射鏡2的反射光變為平行光，經分束鏡4分成雙束平行光，該雙束平行光經后置雙透鏡聚焦后分別投射至生物芯片組件中的對應的棱鏡8、9中，形成兩路檢測光線，C⑶擺架11上安裝有CXD圖像傳感器23，在CXD擺架11上設置有由滑板42、調節鈕43等構成的透鏡焦距位置調節裝置，用于CXD圖像傳感器的對焦微調；傳動軸19安裝在導向支撐單元中，其上端活動連接于下橫梁18上，其下端活動接于底座15并接步進電機，激光器擺架1、CCD擺架 11對稱的分布在傳動軸19兩側，二者上端經由共同的轉軸活動連接在支撐單元的頂部，所述升降組件20套裝在傳動軸19上，兩者螺接配合傳動，該升降組件20經由對應的轉動支臂分別連接于激光器擺架1、CCD擺架11的中下部；轉動軸19在驅動步進電機的驅動下， 帶動升降組件20完成升降行程的同時，經由對應的轉動支臂推動激光器擺架1和CCD擺架 11形成一定的夾角范圍(80° 160° )，并使激光器12、C⑶圖像傳感器23與生物芯片組件之間形成對應的兩個檢測光路通道。轉動支臂包括上支臂35和相配合的下套臂37，上支臂35上半部分為螺紋軸，可調節轉動支臂的長短，下半部分為光軸，與下套臂37緊密轉動配合，在上支臂35上還設置有限位旋鈕36。在升降組件20中設置有限位桿22，在支撐導向單元的兩側立板13、21上分別設置有相應的豎直的導向槽14，限位導向桿22兩端與兩側的導向槽緊密滑動配合。所述生物芯片組件調整單元從下至上包括安裝在所述支撐架上橫梁17上的雙棱鏡托架7、10、契合于Au膜棱鏡8、9上的微流池及其壓塊M、壓塊耦合架 25、拉桿30及拉桿調節裝置，拉桿30下端連接固定于壓塊耦合架25，拉桿調節裝置含有彈簧34、彈簧卡位帽32、固定螺帽、安裝在拉桿30上端的頂板31、升降調節凸輪四，彈簧34、 彈簧卡位帽32依次套裝在拉桿30的下部，水平支板33、固定螺帽由下至上依次套裝在所述彈簧卡位帽32外側，且該水平支板33 —端固定在所述支撐板上，所述升降調節凸輪四通過凸輪轉軸觀安裝于前支板上，且使其與頂板31相匹配調節拉桿30的升降，所述前支板安裝在所述水平支板33上，凸輪轉軸觀一端設置有調節手柄27，調節凸輪四、彈簧卡位帽 32及固定螺帽的相對位置，能使微流池分別與雙棱鏡托架7、10中的兩個Au膜棱鏡8、9緊密契合。微流池是由耐腐蝕的彈性材料制成的兩通道微流池。壓塊M呈“工”字形，且與壓塊耦合架25契合地封壓住微流池。上述光學SPR生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構的操作使用方法①順時針轉動調節手柄27 (轉90° )，調節手柄27通過凸輪轉軸觀，帶動升降調節凸輪四順時針轉動，頂起頂板31，從而提升拉桿30，逆時針轉動調節手柄27 (轉90° )， 調節手柄27通過凸輪轉軸觀，帶動升降調節凸輪四也逆時針轉動，拉桿30在其下部彈簧 34的作用下，上下滑動。②依次在橫架上沿導向塊放入定位塊和裝有Au膜棱鏡8、9的棱鏡托架7、10。③逆時針轉動調節手柄27 (轉90° )，拉桿30下降，微流池與Au膜棱鏡8、9之間壓緊接觸。如果微流池與Au膜棱鏡8、9之間的壓緊力不合適，調節固定螺帽直到壓力合適。④啟動步進電機。步進電機是為了改變入射角而設計的，隨著入射角的變化，CCD監測反射光光強隨角度變化的曲線。入射角改變范圍80° 40°。點擊啟動步進電機按鈕，角度掃描開始， 保存角度掃描曲線。改變上述實施例中的各個具體的結構尺寸參數，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范圍，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路并行微流池角度調制機構，包括生物芯片組件調節單元、光路調節單元、角度調節單元及支撐導向單元，所述生物芯片組件調節單元包括V型上下定位棱鏡托架、定位塊及調節壓緊機構，所述支撐導向單元包括上橫梁、 下橫梁、底座及安裝在底座兩側邊上的立板，其特征在于，所述光路調節單元包括激光器擺架、CCD擺架，所述激光器擺架上安裝有激光器、旋轉反射鏡及光線分束組件，所述CCD擺架上安裝有CCD圖像傳感器，所述角度調節單元包括升降組件、轉動支臂、傳動軸及驅動裝置，所述傳動軸安裝在所述支撐導向單元中，其上端活動連接于所述下橫梁上，其下端活動接于所述底座并接其驅動裝置，所述激光器擺架、CCD擺架對稱的分布在所述傳動軸兩側， 二者上端經由共同的轉軸活動連接在所述支撐導向單元的頂部，所述升降組件套裝在所述傳動軸上，兩者螺接配合傳動，該升降組件經由對應的轉動支臂分別連接于所述激光器擺架、CCD擺架的中、下部；所述轉動軸在驅動裝置的驅動下，帶動所述升降組件完成升降行程的同時，經由對應的轉動支臂推動所述激光器擺架和CCD擺架形成一定的夾角范圍，并使所述激光器、CXD圖像傳感器與生物芯片組件之間形成對應的兩個檢測光路通道。
2.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，所述生物芯片組件調整單元從下至上包括安裝在所述支撐導向單元中上橫梁上的雙棱鏡托架、契合于雙棱鏡托架的Au膜棱鏡、及微流池和壓塊、壓塊耦合架、拉桿及拉桿調節裝置，所述拉桿下端連接固定于所述壓塊耦合架，所述拉桿調節裝置含有彈簧、彈簧卡位帽、固定螺帽、安裝在拉桿上端的頂板、升降調節凸輪，所述彈簧、彈簧卡位帽依次套裝在所述拉桿的下部，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于前支板上，且使其與所述頂板相匹配調節拉桿的升降，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，能使微流池分別與雙棱鏡托架中的兩個Au膜棱鏡緊密壓合。
3.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，所述光線分束組件包括前置透鏡、分束鏡、并列安裝于雙透鏡架中的后置雙透鏡，所述前置透鏡將接收到的所述旋轉反射鏡的反射光變為平行光，經所述分束鏡分成雙束平行光，該雙束平行光經所述后置雙透鏡聚焦后分別投射至所述生物芯片組件中的對應的三棱鏡中，形成兩路檢測光線。
4.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，所述激光器擺架和CCD擺架對稱分布于豎直轉軸兩側，其轉動支臂與鉛垂線的擺動夾角為40° 80°。
5.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，所述轉動支臂上半部分為螺紋軸，可調節轉動支臂的長短，下半部分為光軸，與下套臂緊密轉動配合。
6.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，在所述支撐導向單元中設置有限位導向桿，在所述支撐架兩側立板上設置有豎直的導向槽，所述限位導向桿兩端與兩側的導向槽緊密滑動配合。
7.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，所述旋轉反射鏡的轉速為1800 2200rpm。
8.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，在所述CCD擺架上設置有透鏡焦距位置調節裝置，用于CCD圖像傳感器的對光微調。
9.根據權利要求1所述光學表面等離子共振生物傳感器雙光路并行微流池角度調制機構，其特征在于，所述驅動裝置為步進電機。
全文摘要
本發明涉及一種光學SPR生物傳感器多自由度調整機構。其包括生物芯片組件調節單元、光路調節單元、角度調節單元及支撐導向單元，光路調節單元包括激光器擺架、CCD擺架，角度調節單元包括升降組件、轉動支臂、傳動軸及驅動裝置，轉動軸在驅動裝置的驅動下，帶動升降組件完成升降行程的同時，經由對應的轉動支臂推動激光器擺架和CCD擺架形成一定的夾角范圍，并使激光器、CCD圖像傳感器與生物芯片組件之間形成對應的兩個檢測光路通道。本發明操作方便、定位準確、測試精度高；解決了僅更換帶有玻璃基板的生物芯片而引起的調試困難、折射率難以匹配的問題，提高了生物傳感器的分析精度，同時也大幅度降低光學SPR傳感器的使用維護成本。
文檔編號G01N21/41GK102410989SQ20111036309
公開日2012年4月11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