CN103278449A - 多通道光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多通道光学检测装置。该多通道光学检测装置包括：光源，用于提供检测光；多通道芯片，位于光源的光路后端，具有多个盛放样品的检测通道；聚焦透镜，位于多通道芯片的光路后端，用于将经过预设检测通道后的检测光聚焦；光检测器，位于聚焦透镜的光路后端，用于收集由聚焦透镜聚焦的检测光；以及透射型空间光调制器，位于光源和多通道芯片之间，用于对照射于其上的检测光进行调制，仅使预设透光图形的检测光通过而到达多通道芯片上对应的检测通道。本发明由透射型空间光调制器代替传统的机械扫描部件，提高了检测的速度和可靠性，降低了装置的复杂度和成本。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种多通道光学检测装置。
背景技术
光信号的检测是许多生物、化学反应的重要检测手段。例如，可以通过光吸收度的检测方法测量溶液中的葡萄糖浓度。如化学式(1)和(2)所示，葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下被氧化，生成葡萄糖酸和过氧化氢，而过氧化氢在过氧化物酶的作用下，与4-氨基安替比林(4-APP)以及N-乙基-N-磺丙基-m-甲基苯胺(TOPS)反应生成醌亚胺。醌亚胺具有颜色，对于波长为545纳米的光存在一个吸收峰。
葡萄糖+H2O+O2→葡萄糖酸+H2O2 (1)
2H2O2+4-AAP+TOPS→醌亚胺+4H2O (2)
由于反应后试剂溶液在545纳米处具有吸收峰，而且反应后试剂溶液对于光的吸收度与发酵液中的葡萄糖浓度成正比。光吸收度与测试样品浓度的关系遵循如公式(3)所示的朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。
A＝εLC (3)
公式(3)中，A代表无量纲的吸光度，ε代表测试样品的单位摩尔吸收度(l*mol-1*cm-1)，L代表溶液中的光路长度(cm)，C代表测试样品的浓度(mol/l)。在ε和L固定的条件下，吸光度A与测试样品浓度C成正比。
朗伯-比尔定律已经成为许多生化反应检测的基础。例如生化反应中常用的检测仪器酶联免疫测试仪(ELISA)就是基于这种原理的检测仪器。
图1为现有技术ELISA检测仪的工作原理示意图。光源和光探测器分别处于多孔板的上方和下方，并光学对准。光源发出的光经过多孔板中样品池，透射光被光检测器接收，获得它的光强。通过比较入射光和出射光的比值，可以计算出吸光度A，进而推算出样品的浓度C。在进行多通道检测时，机械扫描机构做XY方向移动，实现多个通道的检测。
现有方法在进行多通道样品检测时，通常采用机械扫描的方式实现，机构复杂、成本高、检测速度慢。此外，由于机械扫描速度较慢，ELLSA检测仪一般只用于生化反应的终点检测，无法实现生化反应的过程检测。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种多通道光学检测装置，以采用机械方式之外的其他方式来进行多通道检测。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种多通道光学检测装置。该多通道光学检测装置包括：光源，用于提供检测光；多通道芯片，位于光源的光路后端，具有多个盛放样品的检测通道；聚焦透镜，位于多通道芯片的光路后端，用于将经过预设检测通道后的检测光聚焦；光检测器，位于聚焦透镜的光路后端，用于收集由聚焦透镜聚焦的检测光；以及透射型空间光调制器，位于光源和多通道芯片之间，用于对照射于其上的检测光进行调制，仅使预设透光图形的检测光通过而到达多通道芯片上对应的检测通道。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明多通道光学检测装置具有以下有益效果：
(1)无需机械扫描部件即可实现多个测试样品的光学参数的检测，提高了检测的速度和可靠性，降低了装置的复杂度和成本；
(2)光学调制器的精度要远远高于机械扫描部件，
(3)通过配置不同的光源和接收器，本发明可以广泛应用于多种光学检测原理，例如吸光度、光谱、荧光信号、表面增强拉曼散射(SERS)，实现各种光学检测方法的多通道并行检测。
附图说明
图1为现有技术ELISA检测仪的工作原理示意图；
图2为本发明实施例多通道光学检测装置的结构示意图；
图3为图2所示多通道光学检测装置中透射型光调制器的工作原理示意图；
图4A为图2所示多通道光学检测装置中第一种多通道芯片的立体图；
图4B为图2所示多通道光学检测装置中第二种多通道芯片的立体图。
【主要元件】
100-光学检测装置
101-光源； 102-透射型空间光调制器
103-多通道芯片； 104-聚焦透镜；
105-光检测器。
301-微量进样枪； 302-圆形检测通道；
401-微流路检测通道； 402-泵；
403-接口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
本发明提供了一种采用空间光调制器的多通道光学检测装置，从而无需机械扫描部件即可实现多个测试样品的光学参数的检测。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种多通道光学检测装置。如图2所示，本实施例多通道光学检测装置100包括：光源101，用于提供检测光；多通道芯片103，位于光源101的光路后端，具有多个盛放样品的检测通道；聚焦透镜104，位于多通道芯片103的光路后端，用于将经过预设检测通道后的检测光聚焦；光检测器105，位于聚焦透镜104的光路后端，用于收集由聚焦透镜104聚焦的检测光；以及透射型空间光调制器102，位于光源101和多通道芯片103之间，用于对照射于其上的检测光进行调制，仅使预设透光图形的检测光通过而到达多通道芯片103上对应的检测通道。
本实施例多通道光学检测装置，由透射型空间光调制器代替传统的机械扫描部件，提高了检测的速度和可靠性，降低了装置的复杂度和成本。
以下分别对本实施例多通道光学检测装置的各个组成部分进行详细描述。
光源101可以选用覆盖一定光谱范围的复色光源，也可以选择单一波长的单色光源。例如，选择卤钨灯光源，光谱范围是360-2500nm，覆盖了可见光和近红外波段。此外，单色光源可以选择激光作为光源，其具有良好的单色性。
在本发明优选的实施例中，光源101发出的检测光需要经过准直光路和扩束光路，将检测光的光束整形至预设的出光孔径，以和透射型空间光调制器的入射面形状相匹配，例如：光束形状可以被整形为直径为10mm的圆形光束。
空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)是在电信号的控制下，实时调制入射光的振幅、相位或者偏振态等信息。它是波前整形、实时光信息处理、自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件。
请参照图3，透射型空间光调制器含有多个独立的单元。这些独立单元在空间上排列成二维阵列。这些独立的单元称为透射型空降光调制器的“像素”，控制像素的信号成为“写入信号”，照射整个器件并被调制的输入光成为“读入光”，经过透射型空间光调制器后出射的光成为“输出光”。将“写入信号”的信息分别传送到相应像素位置上的过程，称为寻址。
本实施例中，透射型空间光调制器102为LCD液晶芯片，其每个单元都可以独立地接受电学信号的控制，改变自身的光学特性，从而对照射在其上的检测光进行调制。
该透射型空间光调制器，具有1024×768的分辨率，60Hz的刷新率，256级灰度控制。通过控制写入信号，设置不同的透光图形，照亮多通道芯片103上的测试区域。其中，分辨率和刷新率均是越快越高越好。
通过调制空间光调制器102上的透光图形，即可以对多通道芯片103上的不同通道进行检测，而不会出现多个通道的光学信号互相干扰的问题。由于空间光调制器102的调制速率可以达到60Hz以上，本实施例可以大大提高通道的检测速率。
多通道芯片103可以采用具有高透光率的聚甲基硅氧烷(PDMS)、聚丙烯酸甲酯(PMMA)或者玻璃制成，利用微机械加工(MEMS)或者数控机床(CNC)等加工方式在上述材料中制备各种凹状图形，以容纳多种测试样品。
图4A为图2所示多通道光学检测装置中第一种多通道芯片的立体图。请参照图4A，该多通道芯片103为位于同一平面上的规则排列的圆形检测通道阵列，多种测试样品可以通过微量进样枪301滴加的方式输入至多通道芯片中的相应检测通道302中进行检测。
图4B为图2所示多通道光学检测装置中第二种多通道芯片的立体图。请参照图4B，该多通道芯片103上具有一条或多条微流路形的检测通道401，在每条微流路形的检测通道401的两端具有接口403。多种样品可以用泵402通过接口403驱动进入微流路401中。
聚焦透镜104为一大孔径的透镜组。该透镜组能够把透射型空间光调制器出射面的光收集起来，汇聚到检测器上。
检测器105可以是光谱仪的入射孔，也可以是光电倍增管、雪崩二极管，或者是用户所需要的其他光学检测仪器。
以下介绍本实施例多通道光学检测装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
步骤A，依照多通道芯片103上检测通道(302或401)的形状编程对透射型空间光调制器进行控制的电信号；
步骤B，在多通道芯片103上多个检测通道(302或401)内分别加入测试样品；
步骤C，打开光源101；
步骤D，通过编程的电信号对透射型空间光调制器进行调制，，使得同一时间仅有一种测试样品区域(302或401)被照亮；
步骤E，光检测器105通过镜头104采集光信号，获得对应测试样品的光学参数。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明多通道光学检测装置有了清楚的认识。
此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。
综上所述，本发明提供一种采用透射型空间光调制器的多通道光学检测装置，无需机械扫描部件即可实现多个测试样品的光学参数的检测，提高了检测的速度和可靠性，降低了装置的复杂度和成本，可以广泛应用于多种光学检测原理，例如吸光度、光谱、荧光信号、表面增强拉曼散射(SERS)，实现各种光学检测方法的多通道并行检测。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多通道光学检测装置，其特征在于，包括：
光源，用于提供检测光；
多通道芯片，位于所述光源的光路后端，具有多个盛放样品的检测通道；
聚焦透镜，位于所述多通道芯片的光路后端，用于将经过预设检测通道后的检测光聚焦；
光检测器，位于所述聚焦透镜的光路后端，用于收集由所述聚焦透镜聚焦的检测光；以及
透射型空间光调制器，位于所述光源和多通道芯片之间，用于对照射于其上的检测光进行调制，仅使预设透光图形的检测光通过而到达所述多通道芯片上对应的检测通道。
2.根据权利要求1所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述透射型空间光调制器为LCD液晶芯片；
该液晶芯片的每个单元均独立地接受电学信号的控制，改变自身的光学特性，从而对照射在其上的检测光进行调制。
3.根据权利要求2所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述液晶芯片的分辨率大于1024×768，其刷新率大于60Hz。
4.根据权利要求1所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述多通道芯片的材料为以下材料中的一种：聚甲基硅氧烷、聚丙烯酸甲酯或者玻璃。
5.根据权利要求4所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述多通道芯片为位于同一平面上的规则排列的圆形检测通道阵列。
6.根据权利要求4所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述多通道芯片具有一条或多条微流路形的检测通道，在每条微流路形的检测通道的两端具有接口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多通道光学检测装置，其特征在于，还包括：
准直光路和扩束光路，位于所述光源和透射型空间光调制的光路之间， 用于将检测光的光束整形至预设的出光孔径，以和所述透射型空间光调制器的入射面形状相匹配。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述光源为单色光源或复色光源。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述聚焦透镜为一大孔径的透镜组，其能够把透射型空间光调制器出射面任何位置的检测光收集并汇聚至所述光检测器。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的多通道光学检测装置，其特征在于，所述光检测器为：光谱仪、光电倍增管或雪崩二极管。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130904 |