專利名稱：一種用于液相微流分析系統(tǒng)的spr檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及材料分析檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于液相微流分析系統(tǒng)的新型檢測器。
背景技術(shù)：
SPR(英文全稱surface ρlasmon resonance)是表面等離子體共振的簡稱。光在玻璃與金屬界面處發(fā)生全反射時(shí)產(chǎn)生的倏逝波會引發(fā)金屬表面的自由電子產(chǎn)生表面等離子(surface plasmon, SP)，當(dāng)表面等離子與倏逝波的頻率和波數(shù)相同時(shí)，就會產(chǎn)生表面等離子共振。這種現(xiàn)象會使反射光的強(qiáng)度突然降低，并且對金屬薄膜表面介質(zhì)的折射率非常敏感。自從1983年Liedberg等將SI3R技術(shù)用于IgG蛋白質(zhì)與其抗原的相互反應(yīng)測定之后， sra技術(shù)以其靈敏度高、所需試樣少、樣品無需標(biāo)記及檢測速度快等特點(diǎn)被廣泛用于生化、 醫(yī)療、食品、環(huán)境等監(jiān)測領(lǐng)域，成為傳感器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。液相微流分析系統(tǒng)包括應(yīng)用于生化領(lǐng)域溶液成分分析各種分離技術(shù)，這些分離技術(shù)主要有毛細(xì)管液相色譜、納升級液相色譜、毛細(xì)管電泳及微流控芯片等，它們是藥物分析、環(huán)境分析、生化分析和工業(yè)分析最常用的分離技術(shù)。作為液相微流分析系統(tǒng)“眼睛”的檢測器，是分析儀器的重要部件，其性能的好壞直接影響到分析儀器的檢測限、靈敏度等性能指標(biāo)。目前常用的檢測器，主要有電導(dǎo)檢測器、安培檢測器，紫外_可見光檢測器、熒光檢測器和電化學(xué)檢測器等，這些檢測器雖然具有高靈敏度，低檢測限的優(yōu)點(diǎn)，但它們都有選擇性強(qiáng)、通用性差的缺點(diǎn)。而通用性較強(qiáng)的示差折光檢測器，則存在靈敏度低，池體積較大，即所需樣品量較多等問題，一般只能用于常規(guī)液相檢測體系如普通高效液相色譜(流量為Iml/ min)或流動注射分析器中。sra檢測技術(shù)是一種新型的光電檢測技術(shù)。具有檢測靈敏度高、抗電磁干擾性能好、樣品消耗量少等特點(diǎn)。SH 傳感器對其表面的介質(zhì)非常敏感，流經(jīng)傳感器表面流體折射率微小的變化(10_6 I(T8RIU)，就能引起傳感器輸出的變化，其測量過程樣品消耗不大于 Iul0
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種通用性強(qiáng)、靈敏度高、微量進(jìn)樣、小型且價(jià)廉的應(yīng)用于液相微流分析系統(tǒng)的sra檢測器，該檢測器基于表面等離子共振(SPR)技術(shù)，通過檢測目標(biāo)溶液折射率實(shí)現(xiàn)對樣品的分析，綜合了示差折光檢測器通用性強(qiáng)和其它檢測器靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過對傳感器表面的修飾，可以實(shí)現(xiàn)特定物質(zhì)的特異性檢測。一種用于液相微流分析系統(tǒng)的sra檢測器，包括sra傳感器、微型流通池、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集電路、內(nèi)置USB通信接口電路的微控制器和。所述的微型流通池與sra傳感器貼合設(shè)置，當(dāng)待測溶液由微型流通池導(dǎo)流經(jīng)sra傳感器時(shí)，SPR傳感器將待測溶液的折射率轉(zhuǎn)化為電信號，并由信號處理電路對sra傳感器輸出的電信號實(shí)現(xiàn)放大、濾波處理，最后微控制器控制數(shù)據(jù)采集電路將與待測溶液折射率相對應(yīng)的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通
3過內(nèi)置的USB通信接口上傳至計(jì)算機(jī)端用戶程序，進(jìn)行運(yùn)算處理之后存儲，并顯示于計(jì)算機(jī)端用戶程序界面。所述的SPR傳感器包括LED光源、平行光準(zhǔn)直光路、偏振片、匯聚光路、圓柱形棱鏡及CCD探測器，圓柱形棱鏡的矩形表面鍍有金屬膜。LED光源發(fā)出的光束，經(jīng)平行光準(zhǔn)直光路準(zhǔn)直為平行光，并由偏振片提取P偏振光，最后經(jīng)由匯聚光路轉(zhuǎn)化為楔形光多角度入射到圓柱形棱鏡與金屬膜的交界面處中線處，產(chǎn)生的反射光入射到CCD探測器，CCD探測器輸出反映流經(jīng)金屬膜表面溶液折射率的SI^R光譜信號。所述的金屬膜為金膜或金銀復(fù)合膜。所述的微型流通池由聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制作，所述的微型流通池上開有空氣槽及U型槽。所述的U型槽的兩個(gè)接口分別連接有毛細(xì)管，形成輸入通道和輸出通道，為測量對象溶液提供流路接口。微型流通池的正面緊貼金屬膜表面，空氣槽內(nèi)的空氣可作為標(biāo)準(zhǔn)折射率校正傳感器，被測對象溶液由輸入通道流入，并由U型槽導(dǎo)流經(jīng)金屬膜表面，從而實(shí)現(xiàn)溶液折射率的Sra光譜信號測量，最后由輸出通道排出。本實(shí)用新型的sra檢測器通過在金屬膜表面上修飾對不同待測物質(zhì)敏感的生物敏感膜，可以實(shí)現(xiàn)樣品中特定物質(zhì)的高靈敏檢測，成為特異性檢測器。當(dāng)只有一個(gè)通道修飾生物敏感膜，另外一個(gè)通道不修飾生物敏感膜，則兩個(gè)通道可分別作為測量通道和參比通道，實(shí)現(xiàn)參比方式測量，以提高檢測器的測量靈敏度。本實(shí)用新型的sra檢測器以微細(xì)加工技術(shù)及PDMS材料制作微型流通池，集成了高靈敏sra傳感器、高性能的信號處理電路、智能化數(shù)據(jù)采集終端及高速通信接口電路等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)特異性方式及參比方式的測量，具有通用性好、靈敏度高、微量進(jìn)樣、小型和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

圖ι為本實(shí)用新型sra檢測器的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2為本實(shí)用新型的貼合設(shè)置的微型流通池與sra傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型的微型流通池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的微型流通池的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型SPR檢測器在液相微流分析系統(tǒng)應(yīng)用的示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種用于液相微流分析系統(tǒng)的sra檢測器，包括sra傳感器、微型流通池11、信號處理電路、置USB通信接口 2電路的微控制器1(CY68013)和計(jì)算機(jī)及用戶程序。微型流通池11與sra傳感器貼合設(shè)置，當(dāng)待測溶液由微型流通池導(dǎo)流經(jīng)sra傳感器時(shí)，SPR傳感器將待測溶液的折射率轉(zhuǎn)化為電信號，并由信號處理電路實(shí)現(xiàn)對sra傳感器輸出的電信號放大、濾波處理，最后微控制器ι通過數(shù)據(jù)采集電路將與待測溶液折射率相對應(yīng)的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過內(nèi)置的USB通信接口 2上傳至計(jì)算機(jī)端用戶程序，進(jìn)行運(yùn)算處理之后存儲，并顯示于計(jì)算機(jī)端用戶程序界面。如圖2所示，SI3R傳感器包括LED光源3、平行光準(zhǔn)直光路4、偏振片5、匯聚光路6、 圓柱形棱鏡7和CCD探測器8，圓柱形棱鏡7矩形表面鍍有金屬膜9。LED光源3發(fā)出的光
4束，經(jīng)平行光準(zhǔn)直光路4準(zhǔn)直為平行光，并由偏振片5提取ρ偏振光，最后經(jīng)由匯聚光路6 轉(zhuǎn)化為楔形光多角度入射到圓柱形棱鏡7與金屬膜9的交界面處中線處，產(chǎn)生的反射光入射到CCD探測器8，CCD探測器8輸出反映流經(jīng)金屬膜9表面溶液折射率的SI5R光譜信號。如圖3、圖4所示，微型流通池11由PDMS材料制作，微型流通池11上設(shè)有空氣槽 15及U型槽10。U型槽10的兩個(gè)接口分別連接有毛細(xì)管，形成輸入通道13和輸出通道14， 為測量對象溶液提供流路接口。微型流通池11的正面16緊貼金屬膜9表面，空氣槽15內(nèi)的空氣可作為標(biāo)準(zhǔn)折射率校正傳感器，被測對象溶液由輸入通道13流入，并由U型槽10導(dǎo)流經(jīng)金屬膜9表面，從而實(shí)現(xiàn)溶液折射率的SI^R光譜信號測量，最后由輸出通道14排出。U 型槽10的容積決定了流通池的體積，微型流通池11同時(shí)可用于保護(hù)SI^R傳感器的金屬膜不被硬物劃傷。在金屬膜9表面，可根據(jù)被測對象的不同，修飾不同生物敏感膜12，可以實(shí)現(xiàn)樣品中特定物質(zhì)的高靈敏檢測，成為特異性檢測器。當(dāng)只有一個(gè)通道修飾生物敏感膜，另外一個(gè)通道不修飾生物敏感膜，則兩個(gè)通道可分別作為測量通道和參比通道，實(shí)現(xiàn)參比方式測量， 以提高檢測器的測量靈敏度。如圖5所示，實(shí)際使用時(shí)，將待測溶液由毛細(xì)管連接到SI3R檢測器的微型流通池11 的輸入通道13，待測溶液流經(jīng)金屬膜9表面(或經(jīng)生物修飾的生物膜表面)從輸出通道14 流出。金膜表面溶液組分的變化、特異性吸附引起的濃度變化通過sra傳感器實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為光譜信號，通過對該信號的分析即可實(shí)現(xiàn)檢測。通過計(jì)算機(jī)端的用戶程序可對SPR傳感器中的LED光源3的亮度和CXD探測器8 的積分時(shí)間進(jìn)行控制；當(dāng)樣品由微型流通池導(dǎo)流經(jīng)過sra傳感器表面時(shí)，sra傳感器的CCD 探測器8就會輸出與樣品折射率有相對應(yīng)的SPR光譜信號；該信號經(jīng)信號處理電路放大濾波之后，由微控制器控制數(shù)據(jù)采集電路將該電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號；計(jì)算機(jī)端用戶程序通過USB通信接口獲取檢測器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算處理之后存儲，顯示于計(jì)算機(jī)端用戶程序界面。用戶程序通過對SI^R光譜信號的分析，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測分析。
權(quán)利要求1.一種用于液相微流分析系統(tǒng)的SI^R檢測器，其特征在于所述的SI^R檢測器包括SPR 傳感器、微型流通池、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集電路和內(nèi)置USB通信接口的微控制器；所述的sra傳感器與微型流通池貼合設(shè)置；所述的sra傳感器將待測溶液的折射率轉(zhuǎn)化為電信號；所述的信號處理電路連接sra傳感器和數(shù)據(jù)采集電路，用于將sra傳感器輸出的電信號實(shí)現(xiàn)放大、濾波處理；所述的數(shù)據(jù)采集電路連接信號處理電路和微控制器，用于將放大、濾波處理后的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；所述的微控制器內(nèi)置USB通信接口，用于控制數(shù)據(jù)采集電路將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過內(nèi)置的USB通信接口將數(shù)字信號上傳至計(jì)算機(jī)。
2.如權(quán)利要求ι所述的sra檢測器，其特征在于所述的sra傳感器包括LED光源、 平行光準(zhǔn)直光路、偏振片、匯聚光路、圓柱形棱鏡、CCD探測器，所述的圓柱形棱鏡矩形表面鍍有金屬膜，LED光源發(fā)出的光束，經(jīng)平行光準(zhǔn)直光路準(zhǔn)直為平行光，并由偏振片提取ρ偏振光，最后經(jīng)由匯聚光路轉(zhuǎn)化為楔形光多角度入射到圓柱形棱鏡與金屬膜的交界面處中線處，產(chǎn)生的反射光入射到CCD探測器，CCD探測器輸出反映流經(jīng)金屬膜表面溶液折射率的 SPR光譜信號。
3.如權(quán)利要求1所述的SI^R檢測器，其特征在于所述的微型流通池上設(shè)有空氣槽及U 型槽；U型槽的兩個(gè)接口分別連接有毛細(xì)管，形成輸入通道和輸出通道；微型流通池的正面緊貼金屬膜表面。
4.如權(quán)利要求ι所述的sra檢測器，其特征在于在檢測器的金屬膜表面上修飾有生物敏感膜。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于液相微流分析系統(tǒng)的SPR檢測器，包括SPR傳感器、微型流通池、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集電路和內(nèi)置USB通信接口的微控制器及電路，微型流通池與SPR傳感器貼合設(shè)置；所述的SPR傳感器包括LED光源、平行光準(zhǔn)直光路、偏振片、匯聚光路、圓柱形棱鏡及CCD探測器，圓柱形棱鏡的矩形表面鍍有金屬膜。同時(shí)通過在該檢測器的金膜表面修飾上對待測物質(zhì)敏感的生物敏感膜，可以實(shí)現(xiàn)樣品中是否含有某種微量、痕量物質(zhì)的高靈敏檢測，具有其他檢測器所達(dá)不到的功能。本實(shí)用新型的SPR檢測器應(yīng)用于液相微流分析系統(tǒng)中，具有通用性強(qiáng)、靈敏度高、微量進(jìn)樣、小型且價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/41GK201984033SQ201020694930
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者王曉萍, 詹舒越, 酈雅平, 陳惠濱 申請人:浙江大學(xué)