CN104777137A - 生物标志物检测用光谱位置调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物标志物检测领域，更具体的说涉及生物标志物检测用光谱位置调节装置，包括光接收模块(3)、传动机构、线圈(9)、磁铁(10)以及底座(11)，所述的传动机构一处固定在所述的光接收模块(3)上，另一处固定在所述的底座(11)上，所述的线圈(9)固定在所述的传动机构上，所述的磁铁(10)靠近所述线圈(9)，使得向所述线圈(9)中通电后其能够在所述磁铁(10)的作用下通过所述的传动机构带动所述的光接收模块(3)运动。能够方便、快捷的改变生物标志物表面等离子共振技术检查过程中检测物中生物标志物的红外照射反射光线的光谱位置，从而获取检测物中生物标志物的有效信息。

Description

生物标志物检测用光谱位置调节装置

技术领域

本发明涉及生物标志物检测领域，更具体的说涉及生物标志物检测用光谱位置调节装置。

背景技术

生物标志物(Biomarker)是指可以标记系统、器官、组织、细胞及亚细胞结构或功能的改变或可能发生的改变的生化指标，具有非常广泛的用途。生物标志物可用于疾病诊断、判断疾病分期或者用来评价新药或新疗法在目标人群中的安全性及有效性。在检测生物标志物时，常用到表面等离子共振技术SPR(Surface Plasmon Resonance)，即利用金属膜/液面界面光的全反射连接引起的一种物理光学现象来分析生物分子相互作用，并通过红外光结合SPR技术测量生物标志物浓度，具体可参照论文“表面等离子共振技术在生物医学中的应用”—北京大学生物医学工程2004级张睿霦(10403048)，以及论文“表面等离子体共振免疫传感器在蛋白质检测中的应用及其研究进展”—《分析化学》2010年第七期1052-1059，然而，在测量过程中，怎样能够更加准确的获取检测生物标志物的红外光的特征光谱位置信息，从而获取待测物中生物标志物的相关信息，是摆在众多生物医学领域学家面前的一道难题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够获取生物标志物的反射光线，并调整生物标志物反射光光谱位置的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，包括光接收模块、传动机构、线圈、磁铁以及底座，所述的传动机构一处固定在所述的光接收模块上，另一处固定在所述的底座上，所述的线圈固定在所述的传动机构上，所述的磁铁靠近所述线圈，使得向所述线圈中通电后其能够在所述磁铁的作用下通过所述的传动机构带动所述的条板运动。

对于本发明中的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为进一步的设置，其还包括弹簧，所述的光接收模块由所述弹簧支撑。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为针对传动机构的一种可选的实施例，所述的传动机构包括相互啮合的齿条和齿轮，所述的齿条固定在所述的光接收模块上，所述的齿轮可转动的固定在所述的底座上。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置的传动机构的第一种实施例中，作为进一步的设置，还包括轴，所述的齿轮套在所述的轴上，所述的轴可转动的固定在底座上。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为针对传动机构的一种可选的实施例，所述的传动机构包括相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述的蜗杆固定在所述的光接收模块上，所述的蜗轮可转动的固定在所述的底座上。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为进一步的设置，在所述的传动机构上还设有平衡装置，所述的平衡装置与所述的线圈分布在所述传动机构的两侧。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为进一步的设置，还设有条板，所述的光接收模块设置在条板上。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为针对条板的进一步改进，所述的条板包括直线段和弯折段，所述的光接收模块固定在所述的直线段上，所述的弯折段包括水平段和竖直段，所述的齿条结构设置在所述弯折段的竖直段上。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，作为弹簧固定方式的进一步设置，所述的弹簧一端固定，另一端与所述条板的弯折段的水平段连接。

对于本发明中上述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，所述的磁铁为钕磁铁。

本发明中，可将齿轮固定的套在轴承的外圈上，然后将轴承固定在轴上，使得齿轮可在低阻力下围绕轴旋转运动；但是，在应用选择齿轮时也可直接选用轴承齿轮，直接将其固定在轴上即可。同时，针对该问题，还可采用现有的其它方式，在此不再一一列举。

本发明中，对于齿轮和齿条的啮合方式，还可以选用类似的啮合方式进行替换，例如：将齿轮换为蜗轮，将线圈固定在蜗轮上，将条板上的齿条结构替换为蜗杆或蜗杆结构，依靠蜗轮蜗杆的啮合传递，完成对条板及其上面的光接收模块的调节；还可将齿轮替换为螺母，相应的将线圈固定在螺母上，将条板上的齿条结构换成螺纹杆或类似结构，使得线圈在磁铁的作用下通过带动螺母旋转，进而带动螺纹杆、条板进行运动，从而调整条板及其上面的光接收模块的位置或/和角度。

本发明一种生物标志物检测用光谱位置调节装置采用上述技术方案，带来的技术效果为：由于本发明中将光接收模块通过传动机构与线圈结合起来，并在线圈的旁边设置一个磁铁，使得当向线圈中通入电流，线圈产生磁场，在磁铁的磁场作用下，线圈通过传动机构带动光接收模块运动，基于表面等离子共振技术测量生物标志物浓度时，使用本装置，可使光接收模块接收传感芯片射出的光束并形成光谱，首先设定零点位置，通过调节通入线圈中的电流，控制有待测物时光接收模块上的光谱的位置使其移动至零点位置，通过计算线圈中电流与光接收模块发出的电信号之间的对应关系，即可方便快速的获取待测物中的生物标志物的检测信息。

附图说明

图1为本发明涉及到的表面等离子共振技术的工作原理图；

图2为本发明一种生物标志物检测用光谱位置调节装置的整体结构示意图；

图3为本发明一种生物标志物检测用光谱位置调节装置的使用状态示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明涉及到的表面等离子共振技术的工作原理图，其为现有技术，如图所示，利用表面等离子共振技术检测生物标志物浓度的过程，首先，设置一个流动通道300和传感芯片400，在传感芯片400上设置一层金膜，并使传感芯片400设有金膜的一面部分位于流动通道300中，使得流入流动通道300内的待检测物能够接触到带有金膜的传感芯片400，测量时，将带有生物标志物的待检测物通入流动通道300，使得待检测物与传感芯片接触，预先在反应界面上修饰一层抗体分子，当目标抗原与抗体识别后，金膜表面介质的折射率发生改变，SPR共振角会随着折射率的改变而改变，折射率的变化又与结合在金属表面的生物大分子质量的变化成正比，共振峰位移的大小将反映固定在金属表面生物分子量的变化，进而实现免疫分析。在图1中，由光源600发出光束，照射到传感芯片400上，经其反射后由光学检测单元700(本发明中将用光接收模块作为光学检测单元)接收，通过光学检测单元700感应其所接收到的光束信息的变化，得出该变化信息与待检测物生物标志物浓度的对应关系，最终从该变化信息中得出待检测物中生物标志物浓度值。对于光源600，可采用单色光源，例如红外线束光源，效果较好。

图2为本发明的整体结构示意图，如图所示，一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，包括条板2、光接收模块3、弹簧4、齿轮7、线圈9和磁铁10，条板2的一端以铰接的方式固定，另一端与齿条6固定连接，在齿条6的旁边设置有一个齿轮7，齿轮7与齿条6处于啮合状态，齿轮7可转动的固定在轴8上，轴8固定在底座11上，为了方便在条板2上固定齿条6，可将条板2设置为固定连接的两部分，一部分为直线段21，另一部分为弯折段22，直线段21的一端采用铰接的方式固定，其另一端与弯折段22固定连接，并使得直线段21与水平方向呈一定的夹角(一般情况下以锐角居多)，在直线段21上固定有光接收模块3，用于反射检测生物标志物时的红外光线，弯折段22呈90度折弯状，其水平部分与直线段固定连接，其竖直部分固定齿条6，当然，也可以在该竖直段上设置齿条结构，将齿条与弯折段22设置成一体结构，相比较而言，在弯折段22的竖直部分上设置齿条结构，即做成一体式的结构在制作、安装以及使用时会更加方便。

条板2上的齿条结构或固定着的齿条6与齿轮7处于啮合状态，当齿轮7在外力的作用下转动时，条板2上的齿条结构或齿条6随着齿轮7的转动而转动，从而带动条板2发生运动。为了控制/调节齿轮7的转动，在齿轮7上固定一个闭合的线圈9，该线圈9要延伸出齿轮7的本体，并向外延伸一段距离，在与线圈9旁边设置一个固定着的磁铁10，线圈9的一部分与磁铁10重叠，这样以来，当向线圈9上通入电流时，处于闭合状态的线圈9形成一个闭合的回路，当这个闭合的回路中有电流通过时，其自身在电磁感应作用下产生磁场，线圈9产生的磁场与磁铁10的磁场相互之间发生作用力，此时，改变通入线圈9中的电流大小/方向可以改变线圈9所产生的磁场强度以及磁场方向，由于磁铁10所产生的磁场的大小和方向是固定的，因此，当改变线圈9中的电流大小和/或方向时，在磁铁10的磁场的作用下，线圈9发生转动，由于线圈9是固定在齿轮7上的，因此，在线圈9开始转动时，齿轮7随着线圈9转动而转动，齿轮7与条板2上的齿条结构或齿条6啮合，因此条板2上的齿条结构或齿条6随着齿轮7的转动而运动(图中为竖直方向运动)，最终条板2也会随着线圈9中电流的变化而运动，对于条板2，由于其直线段21是以铰接的方式固定着的，因此，在条板2随着线圈9中通入电流的变化而变化时，条板2的直线段21与水平方向的夹角也将随之而改变，进而，固定在条板2上的光接收模块3与水平方向的夹角也便随着改变，其上面的反射光线的角度也会随之而改变。

如图2所示，为了进一步提高条板2上的光接收模块3的水平夹角的调节灵敏度，在条板2上连接一个弹簧4，弹簧4的另一端固定，设定一个初始位置，使得弹簧4在该初始位置时整个装置处于一个零点，当需要调整光接收模块3的水平夹角时，可借助弹簧4的弹力，使得光接收模块3更加容易回复至初始位置。上述具体过程表现为：当向线圈9中通入电流，线圈中产生磁场，在磁铁10的作用下，线圈9在磁场交互的作用力下绕轴8转动，同时齿轮7也开始转动，条板2上的齿条结构或固定安装的齿条6在齿轮7的转动下上升/下降，进而带动条板2整体上升/下降，在条板2开始上升/下降时，其同时也开始拉伸/压缩弹簧4，当需使条板2及其上面的光接收模块3回复至初始位置或所需设定的位置时，当相应的改变通入线圈9中的电流大小或方向，条板2在随着其上面的齿条结构或齿条6相应的运动时，弹簧4能够相应的提供收缩力或拉伸力，使得条板2能够在弹簧4的作用力的协助下更加灵敏、快速的回复至初始位置或所需位置。

对于弹簧4位置的设置，可参照图2，将其一端固定在弯折段22上，另一端固定在相应的位置(例如平台或机架上等)。

在图2中，条板2的一端是铰接固定着的，此处可采用包括合页、铰接球等在内的多种铰接装置及铰接固定方式，即只需确保条板2能够绕支撑点1以较低的摩擦力旋转即可。

如图2中所示，磁铁10的形状以图中为例，在竖直方向(此方向为图中直观方向，具体实物的设置方位并不局限于此)设置磁铁10，并使其N极和其S极合理分布，使得线圈9能够在磁铁10磁场的作用范围内，在磁铁10的N极和S极之间运动，对于磁铁10，为了使其能够产生足够强的磁场，最好使用钕磁铁，可以获得较强的磁场，使其能够强力的促使通电后的线圈9的运动。

进一步的，如图2中所示，为了提高线圈9在齿轮7上的稳定性，并进一步提高线圈9的调节灵敏性，在齿轮7上固定一个平衡装置5，该平衡装置5安装在齿轮7上，其位置要与线圈9对应，即使得平衡装置5和线圈9分别位于齿轮的两侧，并使其二者位于同一水平高度，彼此之间起到一定的平衡作用，在此，可以将平衡装置5设置成线圈状，可以使其部分延伸出齿轮7，这样一来可以减轻平衡装置5的重量，同时，平衡装置5还可以借助自身重力，在杠杆作用下对线圈9的位置高度起到很好的平衡作用，即当线圈9受磁铁10的磁场力向上/下(仅指图中方位，实际方向不限于此)运动时，在平衡装置5的作用下，线圈9只需克服很小的力便可摆脱静止状态进行运动，同样的，当需将线圈9调整至初始位置时，只需克服较小的阻力即可实现，即无需大幅度变动通入线圈9中的电流即可实现对线圈9的位置调整。

对于图2中的轴8，可将其通过底座11进行固定，本发明图1所给出的实施例中，条板2的固定端部、弹簧4的固定端以及底座11的固定处均为具有支撑作用的平台，例如：台式的工作平台或者设置在机架上的支撑平台等，然而，也可以增设一个机架或者外壳，将整套装置固定在机架或外壳上。

本发明中，对于齿轮7在轴8上的可转动的固定方式，可采用现有技术进行解决，例如，可采用将齿轮7套在轴承的外圈上，使其可围绕轴承转动，然后将轴承的内圈固定在轴8上，将轴8固定在底座11上；另外，齿轮7也可直接使用轴承齿轮，将其直接固定在轴8上；其它现有的转动连接的方式，如铰接、套接，等等能够实现齿轮7可转动固定的均在本发明的可实施范围之内。

图3为本发明一种生物标志物检测用光谱位置调节装置的使用状态示意图，如图中所示，在使用时，可首先使用不含生物标志物的检测液，使用红外光对检测装置进行照射，并使其反射光按图2中所示的方向照射到光接收模块3上，确定光谱暗区的位置，此种情况下，本发明一种生物标志物检测用光谱位置调节装置设定为初始位置，相应的，该状态下的光接收模块3上所形成的带状光区及带状光区中的暗区也相应的作为初始位置，当改变所测量的检测物时，由于检测物中生物标志物的存在，检测装置中的抗体对抗原吸收，检测照射的红外光的反射光发生变化，即照射到本发明光接收模块3上的红外光线发生变化，光接收模块3所接收到的红外光发送变化，其在光接收模块3上形成的光谱也随之发送变化，其所形成的暗区的位置也便会相对初始位置发生偏移。

参照图3，以其中的入射光线为所检测的检测物的红外反射光线，当需对光接收模块3上形成的光谱的暗区位置进行调整，以获取进一步关于生物标志物的详细信息时，改变通入线圈9中的电流大小或/和方向，闭合着的线圈9所产生的磁场的强度或/和方向也随着发送变化，这样以来，在磁铁10的作用下，线圈9带动齿轮7转动(在平衡装置5的平衡制动作用下线圈9比较容易在磁铁10的磁力作用下运动)，进而齿轮7带动条板2上的齿条结构或齿条6运动，条板2也开始运动，光接收模块3与水平方向的角度随着条板2的运动发生改变，如此以来，光接收模块3上形成的暗区的位置也会发生改变，即根据调整通入线圈9中电流的大小或/和方向，相应的控制光接收模块3上形成的暗区的位置，通过该暗区位置的改变以及通入线圈9中的电流的改变获得所需的测量信息。

需要特别说明的是，本发明的实施并不局限于上述的实施方式，例如，其中实现条板2运动的齿轮7以及与其啮合的条板2上的齿条结构或齿条6，可以由相互啮合的涡轮、蜗杆或者可套接安装的螺母、螺杆进行整体替换，并相应的按需要将所需更改的部位进行修改即可，例如可将蜗杆或螺母直接固定在条板或光接收模块3上，将蜗轮或螺杆固定在底座上即可，对于本领域技术人员以及结合现有的机械领域公知常识的其它领域人员均可十分容易的做出上述变动；而且，本发明中，弹簧4的位置也并不局限于图中所示的位置，还可将其移动至支撑点1附近，这样弹簧4的作用效果可能会更好。

而且，本发明中的条板2其实是可以省略的，可直接使用光接收模块3使其与齿条6或者相应实施例中的蜗杆或螺母固定连接。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：包括光接收模块(3)、传动机构、线圈(9)、磁铁(10)以及底座(11)，所述的传动机构一处固定在所述的光接收模块(3)上，另一处固定在所述的底座(11)上，所述的线圈(9)固定在所述的传动机构上，所述的磁铁(10)靠近所述线圈(9)，使得向所述线圈(9)中通电后其能够在所述磁铁(10)的作用下通过所述的传动机构带动所述的光接收模块(3)运动。

2.根据权利要求1所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：还包括弹簧(4)，所述的光接收模块(3)由所述弹簧(4)支撑。

3.根据权利要求2所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：所述的传动机构包括相互啮合的齿条(6)和齿轮(7)，所述的齿条(6)固定在所述的光接收模块(3)上，所述的齿轮(7)可转动的固定在所述的底座(11)上。

4.根据权利要求3所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：还包括轴(8)，所述的齿轮(7)套在所述的轴(8)上，所述的轴(8)可转动的固定在底座(11)上。

5.根据权利要求2所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：所述的传动机构包括相互啮合的蜗轮和蜗杆，所述的蜗杆固定在所述的光接收模块(3)上，所述的蜗轮可转动的固定在所述的底座(11)上。

6.根据权利要求4或5所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：在所述的传动机构上还设有平衡装置(5)，所述的平衡装置(5)与所述的线圈(9)分布在所述传动机构的两侧。

7.根据权利要求2所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：还设有条板(2)，所述的光接收模块(3)设置在条板(2)上。

8.根据权利要求7所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：所述的条板(2)包括直线段(21)和弯折段(22)，所述的光接收模块(3)固定在所述的直线段(21)上，所述的弯折段(22)包括水平段和竖直段，所述的齿条结构设置在所述弯折段(22)的竖直段上。

9.根据权利要求8所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：所述的弹簧(4)一端固定，另一端与所述条板(2)的弯折段(22)的水平段连接。

10.根据权利要求1-4、7-9中任一项所述的一种生物标志物检测用光谱位置调节装置，其特征在于：所述的磁铁(10)为钕磁铁。