[发明专利]基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测系统，其特征在于：该系统由混合光源、入射臂、生物传感单元、反射臂和计算机组成，所述的混合光源含有至少两种不同波长的稳频激光器(1-1、1-2、……1-m)和光开关(3)；所述的入射臂包括起偏器(5)、准直器(6)、扫描反射镜(7)和第一成像透镜(8)，所述的生物传感单元由柱面或球面棱镜(9)、折射率匹配层(10)、细胞芯片(11)及样本池(12)构成，所述的细胞芯片由玻璃基片(16)、金膜(17)以及用作探针的细胞(18)构成，所述的反射臂包括第二成像透镜(13)和光电接收器(14)；不同激光器发出的光分别通过耦合器耦合后进入光纤(4)中，通过由计算机控制的光开关(3)选通，某一时刻只有一种波长的光出射，出射光依次经过起偏器和准直器，照射到由计算机控制的绕中心轴摆动的扫描反射镜(7)上，再依次透过第一成像透镜(8)、柱面或球面棱镜(9)和折射率匹配层(10)，射到细胞芯片(11)的玻璃基片与金膜的界面上，光由此反射，经过第二成像透镜(13)，射在光电接收器(14)上进行光电转换，并输入计算机(15)处理。

2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测系统，其特征在于：细胞芯片的玻璃基片材料与所述的柱面或球面棱镜材料一致，均为BK7光学玻璃，所述的折射率匹配层的折射率与BK7光学玻璃的折射率一致。

3.根据权利要求1所述的基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测系统，其特征在于：所述的光电接收器的光谱响应范围为500～1800nm。

4.基于如权利要求1所述的系统的细胞分层检测方法，其特征在于：该方法按如下步骤进行：

1)采用至少两种不同波长的稳频激光器组成混合光源，使不同波长的稳频激光器发出的光束分别耦合到各自对应的光纤中，然后分别与光开关的输入端连接，由计算机控制光开关的选通，使某一时刻只有某一波长的光通过；

2)混合光源发出的光束经过准直器和起偏器，成为一束线偏振的平行光，调整起偏器，使所述的平行光成为p光；

3)使所述的p光入射到扫描反射镜的旋转中心上；

4)所述的扫描反射镜在计算机的控制下，以10～1000Hz的频率绕中心轴摆动，摆动的角度范围为±16°；

5)所述的入射到扫描反射镜上的p光从镜面上反射，透过第一成像透镜后射到柱面或球面棱镜的表面，扫描反射镜中心与柱面或球面棱镜的中心线关于第一成像透镜共轭，保证不同角度的入射光均能会聚在柱面或球面棱镜的中心线上；

6)所述的细胞芯片置于柱面或球面棱镜的平面上，中间放置一层折射率匹配层，所述的 柱面或球面棱镜的中心线正好位于细胞芯片的玻璃基片与金膜之间的界面上；

7)所述的不同角度的入射光发生反射，经过第二成像透镜，投射在光电接收器件上，由所述的光电接收器将接收到的光强信号转换成电信号，并经A/D转换后输入计算机；

8) 不同波长的光在不同的角度下，在细胞芯片的金膜和细胞的界面上激发表面等离子体共振，反射光的光强最小的点的位置各不同，并且同一波长的光在细胞芯片表面分子相互作用过程中的光强最小的点的位置每时每刻也不同；

9)实时记录所述的反射光的光强最小的点的位置变化，同时得到至少两个不同的表面等离子体共振信号Δθ_j，其中j＝1，2，…m，用来表征同一生物反应过程；

10)获得的至少两个表面等离子体共振信号，利用数据解析方法进行解析，从中获得到细胞的不同层次内的折射率变化Δn_i，其中i＝1，2，…m，实现细胞的分层检测；所述的数据解析方法基于以下数值模型：

Δθ₁＝S_1-1Δn₁+S_2-1Δn₂+…+S_m-1Δn_m

Δθ₂＝S_1-2Δn₁+S_2-2Δn₂+…+S_m-2Δn_m

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Δθ_m＝S_1-mΔn₁+S_2-mΔn₂+…+S_m-mΔn_m

所述的模型中，Δθ_j为测得的不同波长的SPR信号值，其中j＝1，2，…m；Δn_i为不同层区域的折射率变化量，其中i＝1，2，…m；S_i-j为不同波长在不同区域中的灵敏度，其中i，j＝1，2，…m，通过实验标定得到。