專利名稱：用于lid生物傳感器諧振檢測(cè)的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)盤查系統(tǒng)，它能詢問標(biāo)簽無關(guān)檢測(cè)(LID)生物傳感器并在生物傳感器之上監(jiān)測(cè)生物事件而不受到成問題的雜光反射和/或成問題的像素化效應(yīng)的影響。相關(guān)技術(shù)的描述如今的無接觸光學(xué)傳感器技術(shù)用于許多生物學(xué)研究領(lǐng)域，以幫助實(shí)現(xiàn)越來越靈敏并受時(shí)間限制的化驗(yàn)。在這些化驗(yàn)中，當(dāng)生物材料進(jìn)入生物傳感器的檢測(cè)范圍內(nèi)，光學(xué)盤查系統(tǒng)用來監(jiān)測(cè)光學(xué)生物傳感器的折射率的改變或光響應(yīng)/光諧振的變化。生物材料的出現(xiàn)在引起如材料結(jié)合、吸收等相互作用時(shí)將改變生物傳感器的光諧振。光諧振的這種變化使人能夠使用生物傳感器來直接監(jiān)測(cè)無標(biāo)簽化驗(yàn)中的生物事件，在該化驗(yàn)中完全避免熒光染料的花費(fèi)和試驗(yàn)干擾。光學(xué)盤查系統(tǒng)要求執(zhí)行某種諧振檢測(cè)算法，以確定在生物傳感器上是否發(fā)生生物事件(例如藥物與蛋白質(zhì)的結(jié)合)。為了確保能檢測(cè)到微小的生化結(jié)合事件，需要設(shè)計(jì)諧振檢測(cè)算法以檢測(cè)諧振光譜位置或諧振角位置的微小偏移，其中這些偏移經(jīng)常是諧振寬度本身的非常小的一部分。例如，諧振波導(dǎo)光柵生物傳感器的典型諧振寬度可以是Inm左右，然而微小的生化結(jié)合事件可能僅表現(xiàn)出約0. OOlnm的變化。遺憾的是，如今難以適當(dāng)?shù)貎?yōu)化諧振檢測(cè)算法，這是因?yàn)樯飩鞲衅?02的光諧振的分辨率和線性度受如下因素的不利影響⑴由成問題的雜光反射造成的測(cè)量噪聲的存在；和/或⑵由成問題的像素化效應(yīng)引起的測(cè)量偽像(artifact)的存在。因此，需要提供通過解決成問題的雜光反射和/或成問題的像素化效應(yīng)而優(yōu)化光諧振檢測(cè)的光學(xué)盤查系統(tǒng)。這種需求和其它的需求是通過本發(fā)明的光學(xué)盤查系統(tǒng)和方法來滿足的。發(fā)明簡述本發(fā)明包括光學(xué)盤查系統(tǒng)，它能夠盤查標(biāo)簽無關(guān)檢測(cè)(LID)生物傳感器并監(jiān)測(cè)在該生物傳感器頂上的生物事件而不會(huì)受到成問題的雜光反射和/或成問題的像素化效應(yīng)的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)盤查系統(tǒng)能夠盤查生物傳感器并使用低通濾波器算法以通過數(shù)字方式消除光諧振頻譜中包含的成問題的雜光反射，這使判斷生物傳感器上是否發(fā)生生物事件變得更容易。在另一實(shí)施例中，光學(xué)盤查系統(tǒng)能夠盤查生物傳感器并使用過采樣/ 平滑算法減少因成問題的像素化效應(yīng)引起的光諧振估算位置中的振蕩，這使判斷生物傳感器上是否發(fā)生生物事件變得更容易。


通過結(jié)合附圖參照下面的詳細(xì)說明，可對(duì)本發(fā)明作出更為全面的理解，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)不同實(shí)施例配置的光學(xué)盤查系統(tǒng)的方框圖；圖2-10是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的、用來描述光學(xué)盤查系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)減少由成問題的雜光反射造成的測(cè)量噪聲的圖和曲線圖；以及圖11-24是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的、用來描述光學(xué)盤查系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)減少由成問題的像素化效應(yīng)造成的測(cè)量偽像的圖和曲線圖。附圖的詳細(xì)說明參照?qǐng)D1，圖中示出根據(jù)本發(fā)明能夠盤查生物傳感器102的光學(xué)盤查系統(tǒng)100的方框圖。如圖所示，光盤查系統(tǒng)100具有發(fā)射系統(tǒng)101，該發(fā)射系統(tǒng)101包括將光束106(例如白色光束106)輸出至帶透鏡的光纖108的光源104(例如寬頻譜光源104)，所述帶透鏡的光纖108使光束IOb向生物傳感器102 (例如光柵耦合的波導(dǎo)生物傳感器102)發(fā)射。光學(xué)盤查系統(tǒng)還包括具有帶透鏡的光纖112的接收系統(tǒng)103，該接收系統(tǒng)103接收從生物傳感器 102反射的光束110?；蛘?，發(fā)射光纖108和接收光纖112可以是一根光纖，一種典型的單光纖盤查系統(tǒng)披露于2005年2月14日提交的共同轉(zhuǎn)讓的11/058，155號(hào)美國專利申請(qǐng)中。 該文獻(xiàn)的內(nèi)容被援引包含于此。接收系統(tǒng)103還包括檢測(cè)器114(例如光譜儀114、CXD陣列140)，它接收從帶透鏡的光纖112反射的光束110。檢測(cè)器114將信號(hào)116 (其代表光譜諧振117)輸出至處理器118。處理器118處理信號(hào)116并通過解決成問題的雜光反射和/ 或成問題的像素化效應(yīng)來優(yōu)化光譜諧振117的位置檢測(cè)。然后，處理器118輸出用來監(jiān)測(cè)生物傳感器102頂上的生物事件(例如配合基與分析物的生物結(jié)合)的優(yōu)化信號(hào)120。在對(duì)于生物傳感器102的結(jié)構(gòu)和操作給出詳細(xì)說明后，將對(duì)處理器118如何優(yōu)化信號(hào)116進(jìn)行詳細(xì)說明。生物傳感器102利用其頂表面處折射率的變化，這種變化影響發(fā)射光束106和反射光束110的波導(dǎo)耦合特性。這些變化實(shí)現(xiàn)生物事件的無標(biāo)簽監(jiān)測(cè)，例如生物物質(zhì)122(例如細(xì)胞、分子、蛋白質(zhì)、藥物、化合物、核酸、肽、碳水化合物)是否恰好位于生物傳感器的上層124 (檢測(cè)區(qū)124)。例如，生物物質(zhì)122—般位于沉積在生物傳感器的上層124上的成塊液體中。另外，正是該生物物質(zhì)122出現(xiàn)在成塊液體中使生物傳感器頂表面126處的反射系數(shù)變化。生物傳感器102的功能可通過分析其衍射光柵128和波導(dǎo)130的結(jié)構(gòu)來最佳地理解。被引至衍射光柵128的光束106僅耦合入波導(dǎo)130，只要其波矢量滿足如方程1所示的下列諧振條件k' x = kx- κ [1]其中kx’是入射波矢量的X分量，kx是波導(dǎo)式波矢量，而κ是光柵矢量。光柵矢量κ被定義為方向垂直于折射光柵128的線并且大小為2 π/Λ的矢量，其中Λ是光柵周期(節(jié)距)。這種表達(dá)也可以波長λ和入射角θ的方式寫成方程2所示那樣
權(quán)利要求
1.一種光盤查系統(tǒng)，包括發(fā)射系統(tǒng)，所述發(fā)射系統(tǒng)向生物傳感器發(fā)出光束；接收系統(tǒng)，所述接收系統(tǒng)從所述生物傳感器采集光束并隨后輸出代表所采集的光束的信號(hào)；以及處理器，所述處理器通過過采樣光諧振的至少一部分、平滑所述光諧振并計(jì)算基于經(jīng)平滑-過采樣的光諧振的諧振位置或質(zhì)心，以減小信號(hào)的光諧振中的像素化振蕩。
2.一種盤查生物傳感器的方法，所述方法包括步驟向所述生物傳感器發(fā)射光束；從所述生物傳感器采集光束；產(chǎn)生與所采集的光對(duì)應(yīng)的信號(hào)；以及通過過采樣所述光諧振的至少一部分，平滑所述光諧振以及計(jì)算基于經(jīng)平滑_過采樣的光諧振的諧振位置或質(zhì)心，來減小因成問題的像素化效果造成的信號(hào)光諧振中的振蕩。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述過采樣步驟和所述平滑步驟的順序是可互換的。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述質(zhì)心具有由于光諧振的過采樣而升高的閾值，以使所述閾值有效地排除背景噪聲和排除在經(jīng)平滑_過采樣的光諧振中不想要的像素化振蕩。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述過采樣的光諧振是通過低通濾波器、插值過程、三次樣條插值過程平滑的。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述過采樣步驟和平滑步驟是通過計(jì)算光諧振的傅立葉變換、將傅立葉變換乘以一濾波器函數(shù)、在經(jīng)濾波的函數(shù)的左側(cè)和右側(cè)補(bǔ)零以及計(jì)算逆傅立葉變換以獲得經(jīng)平滑_過采樣的光諧振得以實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種用于LID生物傳感器諧振檢測(cè)的優(yōu)化方法，以及一種光盤查系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能盤查標(biāo)簽無關(guān)檢測(cè)(LID)生物傳感器并監(jiān)視生物傳感器頂上的生物事件而不受成問題的雜光反射和/或成問題的像素化效應(yīng)的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，光盤查系統(tǒng)能夠盤查生物傳感器并使用低通濾波器算法，從而以數(shù)字方式去除包含在光諧振頻譜中的構(gòu)成問題的雜光反射，這更易于判斷生物傳感器上是否發(fā)生生物事件。在另一實(shí)施例中，光盤查系統(tǒng)能夠盤查生物傳感器并使用過采樣/平滑算法來減少由成問題的像素化效應(yīng)造成的光諧振的估計(jì)位置中的振蕩，這更易于判斷生物傳感器上是否發(fā)生生物事件。
文檔編號(hào)G01J3/28GK102519944SQ20111028895
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2007年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者G·A·皮爾馳, J·高里爾, M·B·韋伯, 鄔起 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司