[发明专利]一种基于声光调制的微悬臂梁阵列生化传感方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于或涉及生化传感技术领域，其发明创造可具体应用于食品安全、环境污染、生物医学、科学研究和生产制造等领域的监控和检测。

背景技术

基于表面应力检测的微悬臂梁(以后均称微梁)生化传感技术是近年出现的一种新兴传感技术，其原理是：把探针(抗原或抗体)分子用直接或间接的方式固定(修饰)到微梁一侧的镀金层上，当被检测样品液中的靶分子与微梁金表面上的探针分子发生特异性反应时，会使微梁表面应力改变，从而导致微梁弯曲变形，通过光学或电学方法检测这种变形的过程，可得到生化反应的实时信息。与传统的免疫传感方法相比，该方法无需使用任何酶标、荧光物质和放射性作为反应示踪剂，消除了标记过程的影响，灵敏度高(比酶联免疫试验高数倍)，还可以通过监测微梁变形来实时、定量的监测抗原抗体的反应过程，得到更丰富的免疫生化反应的信息。经过这些年的发展，微梁传感被作为一种新兴技术，在生物工程和环境污染监测技术等方面与传统的方法进行对比研究，如RNA转录因子、酶、汞排放及挥发性化合物等，由于微悬臂梁的厚度尺寸仅为亚微米量级，对微梁表面生化反应(比如，修饰的探针分子与靶分子结合)导致的应力变化极为敏感，使其检测极限达到纳克甚至亚纳克级每毫升，优于常规的酶联免疫方法。

在单微悬臂梁检测系统基础上，为进一步消除环境温漂、溶液折射率变化等背景噪声影响、实现多种靶标分子的快速并行检测，微梁传感技术正逐步向多阵列发展。已报道实现微梁阵列传感研究的方法主要有：(1)利用垂直共振腔面射型激光器提供时序阵列光源，对微梁阵列进行逐一照射，再利用光电位置敏感探测器(PSD)对各微梁的偏转信号进行接收检测；(2)利用扩束后的面光源照射微梁阵列，用CCD记录二维微梁阵列变形前后的图像进行微梁的变形检测。但由于垂直共振腔面射型激光器发射光束的相邻距离不能调节，它只能针对间距一定的微梁阵列进行照射，灵活性较低且价格也很昂贵；CCD面光源检测法中，由于微梁尖端的弯曲会使图像产生弥散，严重影响光斑位移的检测质量，导致其检测灵敏度不高，且多通道检测时速度也较慢。

如何利用简单光路设计出方便实用的传感系统，实现微梁阵列高灵敏度、快速、并行的变形检测，研制出微梁阵列免疫传感装置，并利用阵列免疫传感器进行抗体亲和常数测定以及应用于食品安全中多残留和多种重金属离子并行实时原位检测，一直是生化检测领域关注的焦点。

发明内容

本发明的设计思路是：利用声光偏转器驱使激光器发射出来的激光束产生周期性偏转，以扫描微梁阵列；再通过光杠杆原理将微梁阵列中各微梁的弯曲变形信号放大，用光电位置敏感探测器(PSD)时序接收检测，从而实时监测各微梁上的生化反应过程信息。

一种基于声光调制的微悬臂梁阵列生化传感方法，步骤包括：

先利用声光偏转器驱使激光器发射出来的激光束产生周期性偏转，用该周期性偏转的激光束来扫描微梁阵列；

再通过光杠杆原理将微梁阵列中各微梁的弯曲变形信号放大；

然后用光电位置敏感探测器PSD时序接收检测所述放大后的弯曲形变信号，从而实时监测各微梁上的生化反应过程信息。

所述声光偏转器采用声光调制器即可。

一种使用上述方法的装置，包括激光器、声光调制器、生化反应池、微梁阵列、光电位置敏感探测器PSD和监测单元；

所述声光调制器在激光器发出的准直激光束的光路上；

所述微梁阵列在生化反应池内，微梁阵列在调整声光调制器的出射光的光路上；所述光电位置敏感探测器PSD靶面在微梁阵列的反射光的光路上；所述光电位置敏感探测器PSD的信号输出端连接监测单元的信号输入端；

所述声光调制器包括声光介质和压电换能器；所述压电换能器接收载波频率信号后产生相同频率的超声波传入声光介质；所述准直激光束经过声光介质后产生折射后得到出射光。

所述准直激光束射入声光调制器的入射角度符合布拉格衍射角。所述载波频率信号为超声波。

还包括反光镜，反光镜位于声光调制器和微梁阵列之间的光路上；声光调制器的出射光经反光镜反射后射到微梁阵列上。

所述生化反应池连接有加热装置，加热装置由温控器控制。

鉴于微梁阵列生化传感并行检测技术的灵敏度与照射在微梁阵列上的激光束有较大关系，本发明利用声光调制的方法原理对准直激光束调制，与已有的微梁阵列生化传感并行检测方法相比较有如下优点：

1)探测光路结构简单，容易实现；

2)扫描步进量可以任意调节，对各种间距的微梁阵列都能方便快捷的进行定位探测，灵活性较强；