專利名稱：一種表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)，尤其涉及一種表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)是一種新興的傳感技術(shù)， 具有高的靈敏度、高通量、易于實(shí)現(xiàn)特異性檢測和實(shí)時性，而且不需要標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用到生物、醫(yī)藥、食品質(zhì)量安全、化學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)，特別是在線實(shí)時檢測DNA與蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)分子之間以及藥物-蛋白質(zhì)、核酸-核酸、抗原-抗體、受體-配體等生物分子之間的相互作用等。但目前sra傳感技術(shù)均需機(jī)械掃描裝置對光源進(jìn)行角度調(diào)制，穩(wěn)定性差，精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種表面等離子體共振強(qiáng)度檢測系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有表面等離子體共振強(qiáng)度檢測系統(tǒng)需由機(jī)械掃描裝置對光源進(jìn)行角度調(diào)制，穩(wěn)定性差的問題。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)包括光源，用于產(chǎn)生傳感光；第一透鏡，用于將所述傳感光調(diào)整為準(zhǔn)直光；起偏器，用于獲取所述準(zhǔn)直光中的P偏振光；棱鏡，用于接收所述P偏振光，使所述P偏振光照射于傳感面；控制器，用于控制所述光源，使所述光源于所述第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于所述傳感面；以及光電探測器，用于記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)。本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種采用上述表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法，所述方法包括以下步驟使光源于第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，依序記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取SPR角度掃描曲線；以及尋址到所述sra角度掃描曲線的最佳線性區(qū)，通入被測樣品進(jìn)行sra信號記錄，實(shí)時記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲得所述被測樣品的性狀。本發(fā)明實(shí)施例通過電子控制方式使光源于一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，將入射角度分布轉(zhuǎn)化為光源空間分布，從而使P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，實(shí)時記錄從傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取sra角度掃描曲線，該獲取sra角度掃描曲線的方式與現(xiàn)有機(jī)械掃描方式相比，穩(wěn)定性佳，提高了檢測速度和精度。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖4是sra角度掃描曲線圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例通過電子控制方式使光源于一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，從而使P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，實(shí)時記錄從傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取SPR 角度掃描曲線，該獲取SI^R角度掃描曲線的方式與現(xiàn)有機(jī)械掃描方式相比，穩(wěn)定性佳。本發(fā)明實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)包括光源，用于產(chǎn)生傳感光；第一透鏡，用于將所述傳感光調(diào)整為準(zhǔn)直光；起偏器，用于獲取所述準(zhǔn)直光中的P偏振光；棱鏡，用于接收所述P偏振光，使所述P偏振光照射于傳感面；控制器，用于控制所述光源，使所述光源于所述第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于所述傳感面；以及光電探測器，用于記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)。本發(fā)明實(shí)施例提供的采用上述表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法包括以下步驟使光源于第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，依序記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取SPR角度掃描曲線；以及尋址到所述SI^R角度掃描曲線的最佳線性區(qū)，通入被測樣品進(jìn)行SI^R信號記錄，實(shí)時記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲得所述被測樣品的性狀。以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例一圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。該表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)包括光源1、第一透鏡2、起偏器3、棱鏡4、控制器5以及光電探測器6。本發(fā)明實(shí)施例先由光源1產(chǎn)生傳感光，其中傳感光優(yōu)選為窄帶激光，一般由作為光源的激光器產(chǎn)生。其中光源具有多個，為使各傳感光輸出至第一透鏡的焦平面，各光源產(chǎn)生的窄帶激光均由光纖7傳輸，因而光纖具有多根，多根光纖構(gòu)成密集光纖陣列。窄帶激光適宜光纖傳輸，并利于光纖輸出端形成點(diǎn)光源。接著，將各光纖的輸出端置于該第一透鏡2的焦平面，各窄帶激光經(jīng)光纖7輸出后成為點(diǎn)光源，該點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)第一透鏡2形成準(zhǔn)直光。由起偏器3獲取該準(zhǔn)直光中的 P偏振光，該P(yáng)偏振光從棱鏡4的入射面入射并照射于該棱鏡4的傳感面40即鍍有金屬膜的表面，用以實(shí)現(xiàn)表面等離子體共振。
然后，由控制器5控制光源1使其于第一透鏡2的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，此處只需依序點(diǎn)亮不同的光源即可。各光源1發(fā)出的光于第一透鏡2的焦平面不同位置經(jīng)第一透鏡2均成為準(zhǔn)直光，各準(zhǔn)直光經(jīng)起偏器3均成為P偏振光，各準(zhǔn)直P偏振光從棱鏡4的入射面入射以不同角度均照射在位于傳感面40的固定樣品區(qū)41。最后，由光電探測器6依序記錄從傳感面40反射的反射光強(qiáng)，從而獲取SI3R角度掃描曲線。每點(diǎn)亮一個光源，光電探測器記錄一個光強(qiáng)值，兩者一一對應(yīng)。各準(zhǔn)直P偏振光以一定角度照射于傳感面40，在金屬膜處產(chǎn)生sra效應(yīng)，即大于臨界角的那部分入射光束發(fā)生全內(nèi)反射，而對于其中的一個特定角度，恰好能滿足表面等離子體共振條件時，ρ偏振光的部分能量耦合進(jìn)入表面等離子體波，反射光能量下降，反射率出現(xiàn)最小值，此角度稱為共振角。由上可知，本發(fā)明實(shí)施例中不同光源對應(yīng)的P偏振光以不同角度照射于傳感面， 只需由控制器依序點(diǎn)亮不同光源即可獲取sra角度掃描曲線，較現(xiàn)有機(jī)械掃描方式穩(wěn)定性佳。本發(fā)明實(shí)施例為更好地采集從傳感面反射的反射光，于棱鏡4的出射面與光電探測器 6之間設(shè)第二透鏡8。另外，為提高光電探測器6記錄反射光強(qiáng)的信噪比，于棱鏡4的出射面與光電探測器6之間設(shè)檢偏器9。實(shí)施例二圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。本發(fā)明實(shí)施例利用掃描光纖斷面代替實(shí)施例一中的多個光源，即控制器10控制光纖7每掃描一步，光源1點(diǎn)亮一次，光電探測器6記錄一個光強(qiáng)值，相當(dāng)于實(shí)施例一中切換至不同光源。這樣僅需一個光源即可完成SI^R角度掃描，極大地降低了成本。圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的表面等離子體共振傳感檢測方法的實(shí)現(xiàn)流程，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。在步驟SlOl中，使光源于第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，依序記錄從該傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取sra角度掃描曲線；在本發(fā)明第一實(shí)施例中，控制器5先控制第一光源11發(fā)出的窄帶激光經(jīng)第一光纖 71輸出，第一光纖71輸出端位于第一透鏡2的焦平面，經(jīng)第一透鏡2后形成準(zhǔn)直光，經(jīng)起偏器3形成P偏振光，從棱鏡4的入射面進(jìn)入棱鏡4，以入射角θ工照射于傳感面40上的固定樣品區(qū)41，經(jīng)傳感面40反射的反射光從棱鏡4的出射面出射，經(jīng)檢偏器9和第二透鏡8匯聚到光電探測器6，光電探測器6記錄一強(qiáng)度值Ip然后，關(guān)閉第一光源11，點(diǎn)亮第二光源 12，第二光源12發(fā)出的窄帶激光經(jīng)第二光纖72輸出，第二光纖72的輸出端位于第一透鏡 2的焦平面，經(jīng)第一透鏡2后形成準(zhǔn)直光，經(jīng)起偏器3形成P偏振光，從棱鏡4的入射面進(jìn)入棱鏡4，以入射角θ 2照射于傳感面40的固定樣品區(qū)41，經(jīng)傳感面40反射的反射光從棱鏡4的出射面出射，經(jīng)檢偏器9和第二透鏡8后匯聚于光電探測器6，光電探測器6記錄另一強(qiáng)度值12。如上過程，于控制器5的控制下依序點(diǎn)亮各光源，依序記錄不同入射角θ情況下的反射光強(qiáng)值I，即每一個光強(qiáng)值I對應(yīng)一個入射角Θ，二者一一對應(yīng)，畫出入射角θ 與強(qiáng)度值ι之間的曲線，即可獲取sra角度掃描曲線，如圖4所示。在本發(fā)明第二實(shí)施例中，控制器10控制光源1發(fā)出的窄帶激光經(jīng)光纖7輸出，光纖7的輸出端位于第一透鏡2的焦平面，經(jīng)第一透鏡2后形成準(zhǔn)直光，經(jīng)起偏器3形成P偏振光，從棱鏡4的入射面進(jìn)入棱鏡4，以入射角θ i照射于傳感面40上的固定樣品區(qū)41，經(jīng)傳感面40反射的反射光從棱鏡4的出射面出射，經(jīng)檢偏器9和第二透鏡8匯聚于光電探測器6，光電探測器6記錄一強(qiáng)度值I115然后，關(guān)閉光源1，由控制器10控制光纖7掃描一步， 點(diǎn)亮光源1，光源1發(fā)出的窄帶激光經(jīng)光纖7輸出，光纖7的輸出端位于第一透鏡2的焦平面，經(jīng)第一透鏡2后形成準(zhǔn)直光，經(jīng)起偏器3形成P偏振光，從棱鏡4的入射面進(jìn)入棱鏡4， 以入射角θ 2照射于傳感面40上的固定樣品區(qū)41，經(jīng)傳感面40反射的反射光從棱鏡4的出射面出射，經(jīng)檢偏器9和第二透鏡8后匯聚于光電探測器6，光電探測器6記錄另一強(qiáng)度值I2。如上過程，依序掃描光纖7斷面后點(diǎn)亮光源1，依序記錄不同入射角θ情況下的反射光強(qiáng)值I，即每一個光強(qiáng)值I對應(yīng)一個入射角Θ，二者一一對應(yīng)，畫出入射角θ與強(qiáng)度值I 之間的曲線，同樣可以獲取如圖4所示的sra角度掃描曲線。在步驟S102中，尋址到上述sra角度掃描曲線的最佳線性區(qū)，通入被測樣品進(jìn)行 SPR信號記錄，實(shí)時記錄從傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲得該被測樣品的性狀。如圖4所示，若窄帶激光波長為850mm，先尋址到該窄帶激光的STO角度掃描曲線的最佳線性區(qū)m，選取該最佳線性區(qū)m中某一入射角θ m及與該入射角Qn^f應(yīng)的光源，點(diǎn)亮該光源。然后通入被測樣品42進(jìn)行sra信號記錄，實(shí)時記錄從傳感面40反射的反射光強(qiáng)，分析獲得該被測樣品42的性狀。若窄帶激光波長為630皿，先尋址到該窄帶激光的Sra角度掃描曲線的最佳線性區(qū)n，選取該最佳線性區(qū)η中某一入射角θη及與該入射角θ η對應(yīng)的光源，點(diǎn)亮該光源。然后通入被測樣品42進(jìn)行SPR信號記錄，實(shí)時記錄從傳感面40反射的反射光強(qiáng)，分析獲得該被測樣品42的性狀。本發(fā)明實(shí)施例通過電子控制方式使光源于一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，將入射角度分布轉(zhuǎn)化為光源空間分布，從而使P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，實(shí)時記錄從傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取SI^R角度掃描曲線，該獲取SI^R角度掃描曲線的方式與現(xiàn)有機(jī)械掃描方式相比，穩(wěn)定性佳，提高了檢測速度和精度。同時，采用光纖輸出傳感光，只需將多根光纖的輸出端設(shè)于該透鏡的焦平面，或使該光纖的輸出端于該透鏡的焦平面上掃描即可，操作靈活、方便。此外，為提高檢測精度，于棱鏡的出射面與光電探測器之間設(shè)檢偏器和用以采集反射光的另一透鏡。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括光源，用于產(chǎn)生傳感光；第一透鏡，用于將所述傳感光調(diào)整為準(zhǔn)直光；起偏器，用于獲取所述準(zhǔn)直光中的P偏振光；棱鏡，用于接收所述P偏振光，使所述P偏振光照射于傳感面；控制器，用于控制所述光源，使所述光源于所述第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮， 各P偏振光依序以不同角度照射于所述傳感面；以及光電探測器，用于記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)。
2.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為多個，各光源于所述控制器的控制下依序點(diǎn)亮。
3.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為一個，所述光源在所述控制器的控制下于所述第一透鏡的焦平面移動，并依序點(diǎn)亮。
4.如權(quán)利要求2或3所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光經(jīng)由光纖輸出成為點(diǎn)光源，所述光纖的輸出端位于所述第一透鏡的焦平面。
5.如權(quán)利要求4所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖具有多根，多根光纖構(gòu)成密集光纖陣列。
6.如權(quán)利要求4所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光為由激光器產(chǎn)生的窄帶激光。
7.如權(quán)利要求2或3所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，各P偏振光依序進(jìn)入棱鏡后均照射于所述傳感面的固定樣品區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡的出射面與所述光電探測器之間設(shè)有用以提高信噪比的檢偏器。
9.如權(quán)利要求8所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡的出射面與所述光電探測器之間還設(shè)有用以采集反射光的第二透鏡。
10.一種采用如權(quán)利要求1所述的表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測的方法， 其特征在于，所述方法包括以下步驟使光源于第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，依序記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取SI^R角度掃描曲線；以及尋址到所述sra角度掃描曲線的最佳線性區(qū)，通入被測樣品進(jìn)行sra信號記錄，實(shí)時記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲得所述被測樣品的性狀。
全文摘要
本發(fā)明適用于光電檢測技術(shù)，提供了一種表面等離子體共振傳感檢測系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括光源，用于產(chǎn)生傳感光；第一透鏡，用于將所述傳感光調(diào)整為準(zhǔn)直光；起偏器，用于獲取所述準(zhǔn)直光中的P偏振光；棱鏡，用于接收所述P偏振光，使所述P偏振光照射于傳感面；控制器，用于控制所述光源，使所述光源于所述第一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，各P偏振光依序以不同角度照射于所述傳感面；以及光電探測器，用于記錄從所述傳感面反射的反射光強(qiáng)。本發(fā)明通過電子控制方式使光源于一透鏡的焦平面不同位置依序點(diǎn)亮，從而使P偏振光依序以不同角度照射于傳感面，實(shí)時記錄從傳感面反射的反射光強(qiáng)，獲取SPR角度掃描曲線，穩(wěn)定性佳，精度高。
文檔編號G01N21/55GK102253005SQ20111009548
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者劉春曉, 史蕾, 孫秋香, 季明輝, 屈軍樂, 莊衛(wèi)東, 徐云慶, 徐華, 楊燕秋, 歐青葉, 趙純中, 邵永紅, 顧大勇 申請人:深圳博爾美生物科技有限公司, 深圳大學(xué), 深圳市檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院