本发明专利技术公开了一种生物分子相互作用的检测方法及装置，检测方法包括以下步骤：1)选取光谱宽度在30nm以上，光强在1mW以上的光源；2)将所述光源出射的光通过第一偏振片后，照射到生物传感单元上，在生物传感单元内部发生全反射后，光线通过第二偏振片后出射；所述第一偏振片和第二偏振片的偏振方向的夹角在弧度至弧度的范围内；3)通过光谱仪记录所述出射光在所述生物传感单元上通过缓冲液和待测分子时的光谱中心波长变化；4)根据所述光谱中心波长变化计算所述生物传感单元上通过的待测分子的浓度。本发明专利技术的生物分子相互作用的检测方法及装置，检测灵敏度较高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子检测
，特别是涉及一种生物分子相互作用的检测方法及装置。
技术介绍
生物分子相互作用的检测已成为生命科学
的研究热点。目前，检测生物分子相互作用的技术有利用光强强度，偏振等参数的，也有利用光相位变化来进行检测的。由于光的相位本身比光强和偏振更为敏感，所以基于光的相位的检测较基于光强和偏振的检测更为灵敏。然而，即便是光相位较灵敏，但其对生物传感单元的折射率的改变的灵敏度仍需不断提高。现有的利用光相位检测分子相互作用的技术中，有利用锁相放大原理提高信噪比的方案，也有利用其它分子富集技术来提高信号的强度的方案，以提高灵敏度。然而，其灵敏度的提高仍不够理想。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种生物分子相互作用的检测方法及装置，检测灵敏度较高。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种生物分子相互作用的检测方法，包括以下步骤：1)选取光谱宽度在30nm以上，光强在1mW以上的光源；2)将所述光源出射的光通过第一偏振片后，照射到生物传感单元上，在生物传感单元内部发生全反射后，光线通过第二偏振片后出射；所述第一偏振片和第二偏振片的偏振方向的夹角在弧度至弧度的范围内；3)通过光谱仪记录所述出射光在所述生物传感单元上通过缓冲液和待测分子时的光谱中心波长变化；4)根据所述光谱中心波长变化计算所述生物传感单元上通过的待测分子的浓度。一种生物分子相互作用的检测装置，包括光源，第一偏振片，生物传感单元，第二偏振片、光谱仪和处理单元；所述光源的光谱宽度在30nm以上，光强在1mW以上；所述第一偏振片和第二偏振片的偏振方向的夹角在弧度至弧度的范围内；所述光源出射的光通过所述第一偏振片后，照射到所述生物传感单元上，在生物传感单元内部发生全反射后，光线通过所述第二偏振片后出射；所述光谱仪用于记录所述出射光在所述生物传感单元上通过缓冲液和待测分子时的光谱中心波长变化；所述处理单元用于根据所述光谱中心波长变化计算所述生物传感单元上通过的待测分子的浓度。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的生物分子相互作用的检测方法及装置，检测过程将量子弱测量中的弱值放大原理与生物分子结合作用的检测技术相结合，在生物传感单元的前后各设置一片偏振片，两者的偏振方向接近相互垂直(90°±0.05弧度的范围内)，对应弱测量系统的前选择态和后选择态，进而实现弱测量。通过弱测量，借助出射的光的中心波长变化信息将光相位信号放大，结合光的内全反射，通过光相位检测待测分子的浓度，从而提高待测分子浓度检测的灵敏度。本专利技术利用弱测量原理的放大作用，具有很高的灵敏度，非常适合于各种分子生物化学领域的应用。本专利技术的装置简单，对于震动、空气流动等因素带来的干扰抑制能力强，适应复杂的检测环境。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式的生物分子相互作用的检测装置的原理示意图；图2是本专利技术具体实施方式的生物分子相互作用的检测装置的结构示意图；图3是本专利技术具体实施方式的生物分子相互作用的检测装置的工作流程图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术提出的基于弱测量的生物分子相互作用的检测方法，将弱测量方法应用到生物分子相互作用检测，是一种全新的检测方法。利用弱测量的原理，相位信号会被放大，对于表面信息具有很高的灵敏度，这种弱测量传感器具有极高的灵敏度。如图1所示，为生物分子相互作用的检测装置的原理示意图。检测装置包括光源，第一偏振片，生物传感单元，第二偏振片、光谱仪和处理单元。光源发出的光，首先进入弱测量系统的前选择光路，再进入生物传感单元的棱镜表面的玻片上，出射的光再经过弱测量系统的后选择光路，之后进入光谱仪中。检测前，将基体分子通过化学方法固定在玻片表面上，供待测的分子通过的流池粘贴设置在玻片表面，然后利用折射率匹配液使玻片紧贴在棱镜表面，折射率匹配液可消除两个玻璃界面的反射。据此，构成生物传感单元。生物传感单元中，玻片在折射率匹配液的作用下，可以看成是棱镜的表面。后续检测时涉及的有效折射率则是棱镜表面(也即玻片中)固定的基体分子与特异性结合的待测分子的有效折射率。需说明的是，基体分子是可能和待测分子之间发生相互作用的分子，检测时即检测两者之间的相互作用。例如，基体分子与待测分子可为抗体-抗原，配体-受体、药物-靶等相互对应的分子。检测过程中，当待测分子通过玻片表面的流池时，待测分子与固定在玻片表面的基体分子是否发生特异性结合，以及结合的紧密程度，影响棱镜表面的折射率变化，进而影响反射光的相位变化。棱镜表面的有效折射率与待测分子的浓度是成正比的，因此，待测分子的浓度可以由折射率来反映，通过反射光的相位改变来测量。而反射光的相位差通过弱测量的放大机制，可通过光谱仪中得到的光谱中心波长的移动反映出来，最终可以用于检测分子间的相互作用。本具体实施方式中，待测分子引入的一个微弱的折射率变化时，经过弱测量系统的放大效果，转换成为放大后的出射光的光谱中心波长的偏移。出射光谱通过光谱仪所记录，再由处理单元经过计算处理，则可以通过计算光谱中心波长的移动求出光的相位，再根据光的相位与棱镜表面的有效折射率的关系，棱镜表面的有效折射率与浓度的关系即可以计算处理出待检测分子的浓度。具体实现方法如下：1)选取光谱宽度在30nm以上，光强在1mW以上的光源。要实现频域领域的弱测量检测，需光源有一定的带宽的光强。优选地，光源为超辐射发光二极管，其具有较宽的带宽和很强的光强，可满足上述要求。2)将所述光源出射的光通过第一偏振片后，照射到生物传感单元上，在生物传感单元内部发生全反射后，光线通过第二偏振片后出射。其中，第一偏振片和第二偏振片的偏振方向的夹角在弧度至弧度的范围内。两个偏振片的偏振方向接近垂直，从而构成弱测量系统。本具体实施方式中，所述第一偏振片、第二偏振片选自偏振方向为与水平方向夹角为﹣0.05～0.05弧度的偏振片、偏振方向为与垂直方向夹角为﹣0.05～0.05弧度的偏振片。选择水平和垂直分别作为接近垂直的两个方向，可便于后续基于偏振方向确定出光谱中心波长的移动与光的相位之间的关系。一种情形下，选取第一偏振片的偏振方向为接近水平方向，以作为前选择态，选取第二偏振片的偏振方向为接近垂直方向，作为后选择态。另一种情形下，选取第一偏振片的偏振方向为接近垂直方向，以作为前选择态，选取第二偏振片的偏振方向为接近水平方向，作为后选择态，也是可行的。偏振方向接近垂直的条件下，本不应该测量到有结果的，然而实际上得到了有效的结果。这一结果并不是因为偏振片不能完全消光，或者是系统噪声等原因造成的，而是与弱测量的理论符合的。具体地，量子弱测量的理论是，在测量设备与系统的相互耦合作用很弱的基础上，通过选择合适的前选择态与后选择态来进行测量，可以得到比本征值大很多倍的测量结果。在弱测量的思想中，系统的前选择态|ψ＞＝α|0＞+β|1＞，选择指针态为g(x)，而可观测力学量算符为A，时间演化算符为U＝e-iHΔt，其中H＝χPA为相互作用的哈密顿量。由于τ很小，加之有平移算符经过演化后的态为|Ψ＞＝U|g(x)＞|ψ＞＝e-iχPAΔt|g(x)＞(α|0＞+β|1＞)＝α|g+(x)＞|0＞+β|g本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物分子相互作用的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)选取光谱宽度在30nm以上，光强在1mW以上的光源；2)将所述光源出射的光通过第一偏振片后，照射到生物传感单元上，在生物传感单元内部发生全反射后，光线通过第二偏振片后出射；所述第一偏振片和第二偏振片的偏振方向的夹角在弧度至弧度的范围内；3)通过光谱仪记录所述出射光在所述生物传感单元上通过缓冲液和待测分子时的光谱中心波长变化；4)根据所述光谱中心波长变化计算所述生物传感单元上通过的待测分子的浓度。
【技术特征摘要】
1.一种生物分子相互作用的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)选取光谱宽度在30nm以上，光强在1mW以上的光源；2)将所述光源出射的光通过第一偏振片后，照射到生物传感单元上，在生物传感单元内部发生全反射后，光线通过第二偏振片后出射；所述第一偏振片和第二偏振片的偏振方向的夹角在弧度至弧度的范围内；3)通过光谱仪记录所述出射光在所述生物传感单元上通过缓冲液和待测分子时的光谱中心波长变化；4)根据所述光谱中心波长变化计算所述生物传感单元上通过的待测分子的浓度。2.根据权利要求1所述的生物分子相互作用的检测方法，其特征在于：步骤4)中，根据出射光的光谱中心波长变化计算出出射光的相位，然后根据所述出射光的相位计算出所述生物传感单元的有效折射率，再根据所述有效折射率，结合有效折射率与所述待测分子的浓度的关系，计算出所述待测分子的浓度。3.根据权利要求1或2所述的生物分子相互作用的检测方法，其特征在于：步骤2)中，所述第一偏振片、第二偏振片选自偏振方向为与水平方向夹角为﹣0.05～0.05弧度的偏振片、偏振方向为与垂直方向夹角为﹣0.05～0.05弧度的偏振片。4.根据权利要求3所述的生物分子相互作用的检测方法，其特征在于：根据如下式子计算出所述出射光的相位：其中，光谱仪测出的中心波长变化为δλ，λ0表示所述光源的中心波长，Δλ表示入射到所述第一偏振片上的光的半高宽，γ＝cosαsin(α+β)/sinαcos(α+β)，其中，α为所述第一偏振片的偏振方向与竖直方向的夹角，β为所述第二偏振片的偏振方向与水平方向的夹角，求解出相位5.根据权利要求3所述的生物分子相互作用的检测方法，其特征在于：根据如下式子由所述出射光的相位计算出比值n：其中，将所述生物传感单元中的棱镜的底角...
【专利技术属性】
技术研发人员：何永红，张怡龙，李东梅，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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