[發明專利]一種基于45°雙驅動對稱結構彈光調制的生物傳感系統

有效

• 申請號: 201710700685.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107543814B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 李克武;王志斌;王爽;李曉;景寧;薛銳;于慧
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N21/75
• 分類號: G01N21/75;G01N21/21;G01N21/01;G01N33/50
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 申紹中

本發明涉及生物傳感技術領域，更具體而言，涉及一種基于45°雙驅動對稱結構彈光調制的生物傳感系統，該系統實現了原位、快速、高精度、高靈敏度、高重復性、低成本，并且在測量過程中便于操控。該系統包括檢測激光、起偏器、生化反應池、微流注射泵、可調節狹縫、彈光調制器、檢偏器、光電探測器、FPGA控制模塊和控制電腦，生化反應池由半柱面鏡與硅晶片采用PDMS間隔封裝而成，并且還構建有流入通道和輸出通道，兩個通道均與微流注射泵聯接，彈光調制器為45°雙驅動對稱結構彈光調制器，包括成45°角的雙驅動壓電晶體和彈光晶體，所述壓電晶體通過LC諧振高壓控制電路與FPGA控制模塊連接。本發明主要應用在生物傳感方面。

技術領域

本發明涉及生物傳感技術領域，更具體而言，涉及一種基于45°雙驅動對稱結構彈光調制的生物傳感系統，該系統是一種原位、快速、高精度、高靈敏度、低成本的生物傳感系統。

背景技術

生物識別及結合活動的觀察對醫療、制藥和生物技術領域是至關重要的。絕大多數代謝和免疫效應是由生物分子如抗體、DNA、RNA、蛋白質或整個細胞之間的相互作用形成。配體生物分子與受體生物分子結合的信息可以為藥物研發和準確檢測疾病生物標志物等方面提供指導，并已被廣泛應用于疾病診斷和病情監控。在過去的幾十年中，各種傳感平臺被用于測定各種生物分子相互作用的專一性、動力學和親和力以及分析物的濃度。這些生物傳感器一般是基于放射免疫分析、熒光、電化學和表面等離子體共振(Surfaceplasmon resonance SPR)等技術研制的。

放射免疫和熒光生物傳感器的體積小，靈敏度高，適用于定量化檢測。但這兩種生物傳感器需要放射性元素或熒光分子等標記物。標記物分子通過阻斷結合位點來干擾影響生物分子間的相互作用，并且目標合成標記產率和標記分子量的不一致性，以及熒光光漂白不均勻率會降低檢測精度。此外，生物標記增加了檢測的時間，并且還會增加儀器的成本和復雜度。電化學生物傳感器能夠根據電極表面由于生物分子相互作用所引起的電子性質變化直接發出的電信號，它實現了無標記快速檢測。然而，高靈敏、生物相容的電化學傳感器電極制造工藝復雜、昂貴。SPR生物傳感器利用倏逝波探測金屬薄膜基底附近的折射率的微小變化，進而實現分析其表面固定受體生物分子與溶液中待分析物生物分子之間的相互作用。SPR傳感技術已成為生物傳感領域的一個研究熱點，并逐漸被商業化。為了進一步提高該生物傳感器的靈敏度，貴金屬納米粒子的局域表面等離子體共振被應用于耦合修飾。此外，干涉技術和相位調制方法也被用來測定經SPR反射光的相位特性來提高SPR檢測靈敏度，但使用這些方法使得SPR檢測的動態范圍受到限制。然而，環境的不穩定，如溫度、壓力等的波動，都會造成傳感器假陽性信號和不可避免的噪聲。現有生物傳感器的這些問題限制了它們應用于低分子量、低濃度生物分子快速、免樣品標記、高精度和高靈敏檢測方面。

發明內容

為了克服上述已有生物傳感技術及方法存在的不足，本發明提供一種基于45°雙驅動對稱結構彈光調制的生物傳感系統，該系統實現了原位、快速、高精度、高靈敏度、高重復性、低成本，并且在測量過程中便于操控。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種基于45°雙驅動對稱結構彈光調制的生物傳感系統，包括檢測激光、起偏器、生化反應池、微流注射泵、可調節狹縫、彈光調制器、檢偏器、光電探測器、FPGA控制模塊和控制電腦，所述檢測激光經起偏器進入生化反應池，所述生化反應池由半柱面鏡與硅晶片采用PDMS間隔封裝而成，并且還構建有待測溶液的流入通道和廢液輸出通道，該輸入通道和輸出通道均與微流注射泵聯接，生化反應池出來的光通過可調節狹縫進入彈光調制器，所述彈光調制器為45°雙驅動對稱結構彈光調制器，包括成45°角的雙驅動壓電晶體和彈光晶體，所述壓電晶體通過LC諧振高壓控制電路與FPGA控制模塊連接，所述彈光調制器、檢偏器、光電探測器、FPGA控制模塊和控制電腦依次連接。

上述中，可調節狹縫能夠遮擋直接從半柱面棱鏡底面反射光的干擾，并且消除其它非生物膜層反射光的干擾。