[发明专利]多通道光谱检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学的测量技术领域，特别涉及生物、化学样品的光谱信号的多通道测量。

背景技术

光谱信号检测是许多生物、化学反应的重要检测手段。近年来，基于纳米等离子体的生物传感器吸引了越来越多的研究兴趣，相关研究成果频繁见诸研究刊物。

纳米等离子体(Nanoplasmonic)是指存在于金属纳米粒子的表面等离子体(Surface Plasmon，SP)。在激发光的照射下，纳米等离子体与激发光发生谐振，对谐振波长的入射光产生强烈吸收，这时的光波长被称为谐振波长λ_max，通过检测λ_max的移动，可以非常灵敏的检测到发生在纳米金属粒子表面的生物化学反应过程。由于它的影响范围仅局限于纳米颗粒表面～100nm的范围，因此被称为局域表面等离子体谐振(Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR)。

图1是表示纳米等离子体在生物传感器上的一个典型应用的示意图，其揭示了金属纳米粒子与光的相互作用原理。

图1的(a)示出了LSPR检测仪器原理。在图1的(a)中，白光光源通过光纤从光纤探头照射在金纳米球生物敏感膜上，反射光通过同一个光纤探头被接收，由光谱仪基于该反射光来检测LSPR光谱的变化，通过监测谐振波长的变化，从而检测发生在金纳米球生物敏感膜上的生物反应的动态过程。

图1的(b)示出了发生在金属纳米粒子表面的生物反应引起的光谱移动：实线代表生物反应发生前的光谱曲线，虚线代表待测溶液与金属纳米粒子表面固定的生物分子发生反应后的光谱曲线；图1的(c)示意性地示出了利用帽状金纳米粒子检测生物分子上的流程：从左至右分别是首先在基底制备金属纳米颗粒，然后通过化学修饰将生物分子(如抗体等)固定到金属纳米颗粒表面。检测时，将待测溶液流过金属纳米颗粒表面，溶液中的样品(如抗原分子)与固定在颗粒表面的抗体分子发生特异性的结合，引起光谱移动，通过对光谱的检测实现生物反应的检测。

图2是基于LSPR原理进行多通道检测的示意图。如图2所示，在多通道芯片上制备有多个检测单元，每个检测单元中制备有检测不同生化反应的敏感膜。利用机械扫描装置控制光纤束探头在XY平面内移动，对准每个检测单元后，检测相应检测单元的光谱信号，实现多通道的光谱检测。

发明内容

从以上介绍可知，现有方法在进行多通道样品检测时，利用机械扫描机构控制光纤探头在XY平面内移动，需要采用机械扫描的方式实现，因此机构复杂、成本高、检测速度慢。另外，由于机械扫描速度较慢，现有方法无法实现对多个通道生化反应动力学过程的实时并行检测。

为此，本发明提供一种多通道光谱检测系统及其检测方法，实现对多种待测样品进行实时、并行的光谱信号检测。

本发明的一种形态是多通道光谱检测系统中的检测方法，所述多通道光谱检测系统包含多通道光谱检测装置和多通道芯片，其中，所述多通道光谱检测装置具备m×n阵列的检测基本单元，所述多通道芯片具备多个通道，其中，m、n为1以上的整数，且m、n分别代表检测基本单元所在的行和列，所述检测方法包含：安装步骤，将所述多通道芯片放置在所述多通道光谱检测装置的正上方，保证每个所述通道对应于一个所述检测基本单元；样品加入步骤，根据测试需要，在所述多通道芯片的多个通道中加入测试样品；检测步骤，用户通过软件选择对哪些通道进行实时检测，与选择出的通道对应的每个检测基本单元的LED光源由程序控制LED驱动硬件发出R、G、B不同亮度的光，并由所述每个检测基本单元中的光检测器检测被所述测试样品反射回来的反射光的强度，作为电流或电压模拟信号进行输出；以及记录步骤，将所输出的电流或电压模拟信号转换为电流或电压数字信号，由计算机软件记录下来，并基于此生成光谱响应。

本发明的另一种形态是多通道光谱检测系统，包含多通道光谱检测装置和多通道芯片，其中，所述多通道光谱检测装置具备m×n阵列的检测基本单元，所述多通道芯片具备多个通道，其中，m、n为1以上的整数，且m、n分别代表检测基本单元所在的行和列，每个所述检测基本单元由红光LED光源、绿光LED光源、蓝光LED光源和光检测器组成，通过控制所述红光LED光源、所述绿光LED光源、所述蓝光LED的发光亮度，来混合成不用颜色的发射光，所述光检测器对被测试样品反射回来的反射光的强度进行检测，并输出电流或电压信号，在安装时，将所述多通道芯片放置在所述多通道光谱检测装置的正上方，保证每个所述通道对应于一个所述检测基本单元。

基于本发明的上述特征，能得到如下技术效果。