多通道光谱检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术的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，多通道光谱检测装置具备m×n阵列的检测基本单元(m、n为1以上的整数，分别代表检测基本单元所在的行和列)，多通道芯片具备多个通道，其中，每个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，通过控制红光LED光源、绿光LED光源、蓝光LED的发光亮度，来混合成不用颜色的发射光，并向用户选择的待检测的相应通道进行发射，光检测器对被各通道中加入的被测试样品反射回来的反射光的强度进行检测，并输出用于生成光谱响应的电流或电压信号，在安装时，将多通道芯片放置在多通道光谱检测装置的正上方，保证每个通道对应于一个检测基本单元。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的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，多通道光谱检测装置具备m×n阵列的检测基本单元(m、n为1以上的整数，分别代表检测基本单元所在的行和列)，多通道芯片具备多个通道，其中，每个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，通过控制红光LED光源、绿光LED光源、蓝光LED的发光亮度，来混合成不用颜色的发射光，并向用户选择的待检测的相应通道进行发射，光检测器对被各通道中加入的被测试样品反射回来的反射光的强度进行检测，并输出用于生成光谱响应的电流或电压信号，在安装时，将多通道芯片放置在多通道光谱检测装置的正上方，保证每个通道对应于一个检测基本单元。【专利说明】
本专利技术涉及光学的测量
，特别涉及生物、化学样品的光谱信号的多通道测量。
技术介绍
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_，通过检测λ_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?IOOnm的范围，因此被称为局域表面等离子体谐振(Localized SurfacePlasmon 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。
技术实现思路
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，本专利技术提供一种，实现对多种待测样品进行实时、并行的光谱信号检测。本专利技术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mXn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I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。本专利技术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mXn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I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。基于本专利技术的上述特征，能得到如下技术效果。无需机械扫描部件和光纤部件即可实现多个测试样品的光谱信号的检测，提高了检测的速度和可靠性，降低了装置的复杂度和成本。通过提高检测单元数，可以轻易提高并行检测的通量。由于采用了多光源和探测器的并行结构，避免现有技术采用机械扫描对多个单元进行顺序扫描检测，实时性差。因此，本专利技术可以对多个阵列单元的生化反应的过程进行连续监测，获得生化反应的动力学过程。另外，本专利技术由于在每个检测基本单元中以红、绿、蓝三色LED的混合来实现发射光，因此不仅可以实现基于多种类型的发光的检测，而且可以仅以程序控制就能按每个通道对光源进行独立控制，从而在不同的通道中实现不同的检测目的。即，检测的多样性和灵活性得以提闻。【专利附图】【附图说明】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，图1的(a)示出了 LSPR检测仪器原理，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，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。图2是基于LSPR原理进行多通道检测的示意图(现有技术)。图3是表示本专利技术的多通道光谱检测装置的检测基本单元的结构原理图。图4是表示本专利技术的多通道光谱检测装置由mXn阵列的检测基本单元构成的示意图。图5是表示一种结构的多通道芯片的图。图6是表示本专利技术中多通道芯片与多通道光谱检测装置安装对准的结构示意图。图7是表示另一种结构的多通道芯片的图。图8是表示基于本专利技术的检测方法的检测光谱曲线的示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图来进一步说明本专利技术的实施例。本专利技术提供一种多通道光谱检测系统，其包含多通道光谱检测装置和多通道芯片。本专利技术的多通道光谱检测装置是由多个检测基本单元构成的。图3是表示本专利技术的多通道光谱检测装置的检测基本单元100的结构原理图。检测基本单元100由红光LED光源101、绿光LED光源102、蓝光LED光源103和光检测器104组成。其中红光LED的中心波长为624nm，绿光LED的中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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，用户选择对哪些通道进行检测，LED驱动硬件控制与选择出的通道对应的每个检测基本单元的LED光源分别发出红色、绿色、蓝色分量亮度不同的光，并由所述每个检测基本单元中的光检测器检测被所检测的各通道中加入的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，并记录在存储器中，并基于该电流或电压数字信号生成针对所检测的多通道芯片的各通道的光谱响应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡浩原，李辉，陈兴，张璐璐，崔大付，李亚亭，孙建海，任艳飞，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：