[发明专利]一种便携式恒温型多参数表面等离子体共振生化分析仪

说明书

本发明公开了一种便携式恒温型多参数表面等离子体共振生化分析仪，包括光学系统、温度自动控制系统、微流控系统、机械系统和嵌入式控制和通信系统。通过激发光源、生物传感芯片上阵列单元和光电探测器相匹配的光学结构设计，保证了不同的检测通道的灵敏度一致，在较短时间内可以实现对多种分析物的无标记、高通量检测。通过齿轮组和齿条配合的同步传动结构对称地改变入射光和出射光角度，简化了传动结构设计。传递动力更大，可靠性高、运行更稳定。精密的齿轮‑齿条传动结构设计提升SPR检测系统的角度分辨率和精度；通过在每个单元上固定不同的抗原、DNA等生物分子即可实现高通量的多组分SPR并行检测。

技术领域

本发明涉及生化分析领域，尤其是一种便携式恒温型多参数表面等离子体共振生化分析仪。通过表面等离子体共振(Surface plasmon resonance，SPR)技术对目标分析物进行无标记检测。应用领域包括生物医学、环境监测、药物筛选和食品安全等。

背景技术

基于表面等离子体共振(Surface plasmon resonance，SPR)的生物传感器技术不需要标记。通过测量复合物结合或解离过程中表面折射率的变化，可以用于检测各种蛋白质、核酸等生物分子甚至细菌、病毒等完整的微生物。和传统检测方法相比，SPR技术具有操作简单、灵敏度高，特异性好的特点。在基础生物学研究，食品安全，药物筛选，临床诊断以及环境和农业监测中得到广泛使用。尤其在临床实验室的POCT诊断领域迅速占据一席之地，如免疫测定分析，基因突变检测，用于剂量控制的治疗药物监测等。SPR通过实时和无标签的方法测量分子相互作用的动力学和亲和力。相较于放射性或荧光标记方法，SPR具有明显的优势，减少了对专用染料和标记物的需求，降低了成本。

传统的SPR传感系统一般采用Kretschmann配置，对于生化反应的监测方法主要包括角度调制、强度调制、波长调制和相位调制。角度调制方法灵敏度和通用性更高，在入射光波长不变的情况下，通过改变入射角度，获取反射光光强的SPR曲线来监测SPR共振角的变化。商用仪器大部分采用此方法，但角度调制系统机械结构设计更复杂，成本较高。基于强度调制方法的系统更加简单紧凑，通过检测固定角度下的反射光强度变化来监测生化反应。波长调制是角度固定时，通过宽光谱光源照射，可以直接检测共振峰以及对应波长的偏移。相位调制模式是入射光角度和波长固定时，检测反射光p光和s光相位差，但光路设计较为复杂，难以推广应用。

然而即便是市场占有率极高的GE公司生产的BIACORE系列SPR分析仪，其面向用户主要是实验室等科研单位。设备复杂、体积庞大，价格和维护成本高，不利于POCT部署。小型的SPR生化分析仪一般采用固定角度进行检测，每次只能检测单个样品，能检测的折射率变化范围小而且灵敏度不高。在进行多参数检测时，开发基于光电二极管/电荷耦合器件(CCD)等探测器的小型化多参数SPR检测仪器，提高灵敏度、稳定性及一致性具有重要意义。另外温度对于SPR生物传感器影响极大，温度的改变会引起光学传感器折射率发生变化，导致测量结果不准确。因此开发便携式高通量、可用于多组分实时分析的恒温型表面等离子体共振生化分析仪具有重大现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式恒温型多参数表面等离子体共振生化分析仪。区别于传统的生化分析仪，本发明通过激发光源、生物传感芯片上阵列单元和光电探测器相匹配的光学结构设计，保证了不同的检测通道的灵敏度一致，在较短时间内可以实现对多种分析物的无标记、高通量检测。通过激光光源和流通池恒温控制系统设计，克服了温度改变对SPR传感器折射率的影响，在降低SPR检测成本的同时具备较高的灵敏度和稳定性。

本发明还公布了一种采集多通道光电信息一致性的处理方法，通过引入通道响应度修正系数，解决了光照度不均匀引起的光电探测器响应度不一致的问题。

本发明设计了一种便携式恒温型多参数表面等离子体共振生化分析仪，包括光学系统、温度自动控制系统、微流控系统、机械系统和嵌入式控制和通信系统。