專利名稱：無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型spr傳感器檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物化學(xué)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種表面等離子共振傳感器檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
表面等離子體共振SPR(Surface plasmon resonance)現(xiàn)象，p偏振光在玻璃與金屬薄膜交界處發(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),便會產(chǎn)生表面等離子共振。對于角度調(diào)制型SPR，這種現(xiàn)象會使得某一入射角的反射光強(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。自從上個(gè)世紀(jì)SPR現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，近十年來SPR技術(shù)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)。SPR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，就能引起傳感器輸出的變化，其測量過程樣品消耗不大于lul。SPR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)。目前角度調(diào)制的SPR傳感器大致有兩類，一類是角度掃描傳感器，采用機(jī)械可動(dòng)部件如可動(dòng)入射壁或振鏡等來調(diào)整入射光的角度。這種傳感器精度受限于機(jī)械部件，而且完成一次完整的角度掃描需要一定的時(shí)間，時(shí)間分辨率低下。另一類是通過光學(xué)元件將入射光匯聚到傳感面上，這樣使得反射光中含有不同入射角的信息。這種傳感器若入射光匯聚到傳感面上，對光路精度有較高要求，光路調(diào)整往往不是很方便。若入射光焦點(diǎn)不在傳感面上，則傳感面上不同位置對應(yīng)著不同的入射角的光線，這會對整個(gè)傳感面的金屬薄膜平整度有較高要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了·一種光路裝調(diào)方便、靈敏度高、性能穩(wěn)定的無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型表面等離子共振傳感器檢測系統(tǒng)。一種無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，包括SPR傳感器和與所述的SPR傳感器的檢測面貼合設(shè)置的微型流通池，所述的SPR傳感器包括光發(fā)射組件、光接收組件和用于接收光發(fā)射組件的光線并將其反射至光接收組件的光反射組件；所述的光發(fā)射組件包括沿光線方向依次設(shè)置的光源、準(zhǔn)直透鏡、偏振片、濾波片和矩形光闌；所述的光反射組件包括沿光發(fā)射組件的出射光線方向依次設(shè)置的第一柱面透鏡、半圓柱棱鏡、第二柱面透鏡；其中半圓柱棱鏡的反光面上鍍有一層金屬薄膜，第一柱面透鏡和第二柱面透鏡的焦線都重合于半圓柱棱鏡的圓心線上，位于金屬薄膜處；所述的光接收組件包括沿光反射組件的出射光線方向依次設(shè)置的第一成像透鏡、第二成像透鏡和光學(xué)傳感器；所述的微型流通池為多通道的微型流通池。[0012]上述光發(fā)射組件中的偏振片的偏振方向設(shè)置成僅允許參加SPR反應(yīng)的P光通過。光發(fā)射組件發(fā)出的平行光線從第一柱面透鏡入射后匯聚到半圓柱棱鏡的圓心線上，即半圓柱棱鏡的軸線上，經(jīng)金屬薄膜反射到另一側(cè)的第二柱面透鏡再次變?yōu)槠叫泄廨敵觯詈蠼?jīng)過第一和第二成像透鏡投射到光學(xué)傳感器上。第一柱面透鏡及第二柱面透鏡的焦線與半圓柱棱鏡的圓心線重合，光發(fā)射組件發(fā)出的平行光束通過第一柱面透鏡后的匯聚光都垂直于半圓柱棱鏡的切線入射，進(jìn)入半圓柱棱鏡后光線方向并不發(fā)生改變。本實(shí)用新型SPR傳感器中金屬薄膜的反光面朝向半圓柱棱鏡，被測液體經(jīng)微型流通池流經(jīng)金屬薄膜背向半圓柱棱鏡一側(cè)，作為優(yōu)選，所述的金屬薄膜為金膜、銀膜或者金銀復(fù)合膜。進(jìn)一步優(yōu)選，在金屬薄膜表面上修飾有對不同待測物質(zhì)敏感的特異膜，能夠?qū)崿F(xiàn)對樣品中特定物質(zhì)的聞靈敏檢測。作為優(yōu)選，所述的光學(xué)傳感器為面陣CCD或者面陣CMOS。其中，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)，操作時(shí)根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇。作為優(yōu)選，所述的光源為LED光源。LED光源產(chǎn)生的熱量很少，由電能到光能的轉(zhuǎn)換率接近100%，不會造成能源的浪費(fèi)，而且LED光源不使用水銀，也不含鉛，具有環(huán)保性，適合于生物樣品的檢測。本實(shí)用新型中與上述的SPR傳感器配合使用的微型流通池為多通道的流通池，作為優(yōu)選，所述的微型流通池表面刻有空氣參考槽和U型流通槽，U型流通槽的兩端還分別設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)液孔和一個(gè)出液孔；所述的微型流通池與SPR傳感器的金屬薄膜面貼合時(shí)，空氣參考槽和U型流通槽分別與金屬薄膜組成空氣通道和液體流通通道。
本實(shí)用新型SPR傳感器檢測系統(tǒng)工作時(shí)，SPR傳感器與微型流通池貼合設(shè)置，當(dāng)待測溶液由微型流通池流經(jīng)SPR傳感器時(shí)，該傳感器通過對反射光強(qiáng)度的檢測進(jìn)而分析目標(biāo)溶液的折射率，實(shí)現(xiàn)對待測樣品的檢測，同時(shí)結(jié)合對傳感器檢測面的修飾，可以實(shí)現(xiàn)對特定物質(zhì)的特異性檢測。本實(shí)用新型的SPR傳感器及相應(yīng)的微型流通池，能夠?qū)崿F(xiàn)參比方式及特異性方式的測量，以提高檢測器的測量靈敏度。具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)試方便、靈敏度高、性能穩(wěn)定、小型化和性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型中SPR傳感器的光路圖；圖2為本實(shí)用新型中SPR傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型中SPR傳感器的柱面透鏡棱鏡固定模塊示意圖；圖4為本實(shí)用新型中微型流通池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示為本實(shí)用新型中無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型表面等離子共振傳感器，包括光發(fā)射組件、光接收組件和用于接收光發(fā)射組件的光線并將其反射至光接收組件的光反射組件，[0026]光發(fā)射組件沿光線方向依次設(shè)有光源1、針孔2、準(zhǔn)直透鏡3、偏振片4、濾波片5和矩形光闌6 ;偏振片4的偏振方向設(shè)置成僅允許參加SPR反應(yīng)的P光通過，其中的光源采用LED光源。光反射組件包括沿光發(fā)射組件的出射光線方向依次設(shè)置的第一柱面透鏡7、半圓柱棱鏡8、第二柱面透鏡10 ;其中半圓柱棱鏡8的反光面上鍍有一層金屬薄膜9，第一柱面透鏡7和第二柱面透鏡10的焦線都重合于半圓柱棱鏡8的圓心線上，位于金屬薄膜9處。光接收組件沿光線方向依次設(shè)有第一成像透鏡11、第二成像透鏡12和接收SPR信號的光學(xué)傳感器13。光發(fā)射組件發(fā)出的平行光線從第一柱面透鏡7入射后匯聚到半圓柱棱鏡8焦線上的金屬薄膜9處，經(jīng)金屬薄膜9反射到另一側(cè)的第二柱面透鏡10再次變?yōu)槠叫泄廨敵?，最后?jīng)過第一成像透鏡11和第二成像透鏡12投射到光學(xué)傳感器13上，該實(shí)施例中的光學(xué)傳感器采用面陣CCD，當(dāng)然也可根據(jù)需要采用面陣CMOS。圖2為圖1中SPR傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可看出，光發(fā)射組件還包括LED鏡筒14、準(zhǔn)直透鏡鏡筒15、濾波片偏振片鏡筒16。光反射組件包括柱面透鏡棱鏡固定模塊。光接收組件包括成像透鏡鏡筒17和光學(xué)傳感器13。各個(gè)部件之間通過內(nèi)外螺紋的配合相互連接，確保每個(gè)部分光學(xué)元件的光軸都是同軸的。如圖3所示，SPR傳感器的柱面透鏡棱鏡固定模塊包括半圓柱棱鏡8、第一柱面透鏡鏡筒18、第二柱面透鏡鏡筒20、連接件19和棱鏡固定件21。第一柱面透鏡鏡筒18和第二柱面透鏡鏡筒20通過螺釘與連接件(19)固定，半圓柱棱鏡8固定在棱鏡固定件21里，并作為一個(gè)整體插入連接件19的凹槽中。這種設(shè)計(jì)保證了第一柱面透鏡7的焦線與半圓柱棱鏡8的圓心線重合，光入射組件發(fā)出的平行光經(jīng)過第一柱面透鏡7能匯聚在金屬薄膜9處。圖4為與SPR傳感器配合使用的多通道微型流通池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中多通道微型流通池由PDMS材料制成。流通池上刻有空氣參考槽22和U型流通槽23，U型槽的進(jìn)液孔24和出液孔25可供毛細(xì)管插入。流通池刻有槽的這面緊貼金屬薄膜9表面，空氣參考槽22的空氣信號可以采集用來校正光源I光強(qiáng)的波動(dòng)，被測溶液由進(jìn)液孔24流入，沿著U型流通槽23流過金屬薄膜9表面，從而實(shí)現(xiàn)對溶液的SPR信號測量，最后從出液孔25排出。U型流通槽23的兩個(gè)臂可以作為兩條通道，通過對某個(gè)通道對應(yīng)的傳感器檢測面部分進(jìn)行單獨(dú)修飾，兩條通道在試驗(yàn)中可分別作為測量通道和參比通道抑制溫度變化導(dǎo)致溶液折射率變化帶來的影響，實(shí)現(xiàn)參比方式測量提高傳感器的靈敏度。使用PDMS流通池可以保護(hù)傳感器的金屬薄膜不會被損傷。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，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。實(shí)際使用時(shí)，將泵閥的輸出管由毛細(xì)管連接到傳感器流通池的進(jìn)液孔24，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)從出液孔25流出。金屬薄膜9表面的樣液折射率的變化、特異性吸附引起的濃度變化通過SPR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。
權(quán)利要求1.無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，包括SPR傳感器和與所述的SPR傳感器的檢測面貼合設(shè)置的微型流通池，所述的SPR傳感器包括光發(fā)射組件、光接收組件和用于接收光發(fā)射組件的光線并將其反射至光接收組件的光反射組件，其特征在于， 所述的光發(fā)射組件包括沿光線方向依次設(shè)置的光源(I)、準(zhǔn)直透鏡(3)、偏振片(4)、濾波片(5)和矩形光闌(6); 所述的光反射組件包括沿光發(fā)射組件的出射光線方向依次設(shè)置的第一柱面透鏡(7)、半圓柱棱鏡(8)、第二柱面透鏡(10)； 其中半圓柱棱鏡(8)的反光面上鍍有一層金屬薄膜(9)，第一柱面透鏡(7)和第二柱面透鏡(10)的焦線都重合于半圓柱棱鏡(8)的圓心線上，位于金屬薄膜(9)處； 所述的光接收組件包括沿光反射組件的出射光線方向依次設(shè)置的第一成像透鏡(11)、第二成像透鏡(12)和光學(xué)傳感器(13)； 所述的微型流通池為多通道的微型流通池。
2.如權(quán)利要求1所述的無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的金屬薄膜(9)為金膜、銀膜或者金銀復(fù)合膜。
3.如權(quán)利要求1所述的無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，其特征在于，在金屬薄膜(9)表面上修飾有對不同待測物質(zhì)敏感的特異膜。
4.如權(quán)利要求1所述的無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的光學(xué)傳感器(13)為面陣CCD或者面陣CMOS。
5.如權(quán)利要求1所述的無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的光源為L ED光源。
6.如權(quán)利要求1所述的無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的微型流通池表面刻有空氣參考槽(22)和U型流通槽(23)，U型流通槽(23)的兩端還分別設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)液孔(24)和一個(gè)出液孔(25);所述的微型流通池與SPR傳感器的金屬薄膜(9)面貼合時(shí)，空氣參考槽(22)和U型流通槽(23)分別與金屬薄膜(9)組成空氣通道和液體流通通道。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無可動(dòng)部件的多通道角度調(diào)制型SPR傳感器檢測系統(tǒng)，包括SPR傳感器和與SPR傳感器的檢測面貼合設(shè)置的微型流通池，該SPR傳感器包括光發(fā)射組件、光接收組件和用于接收光發(fā)射組件的光線并將其反射至光接收組件的光反射組件，其中的微型流通池為多通道的微型流通池。光發(fā)射組件發(fā)出的平行光線從柱面透鏡入射后匯聚到半圓柱棱鏡上金屬薄膜處，反射光經(jīng)由成像透鏡投射到光學(xué)傳感器上。本實(shí)用新型的SPR傳感器檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)參比方式及特異性方式的測量，以提高檢測器的測量靈敏度，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)試方便、靈敏度高、性能穩(wěn)定、小型化和性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N21/55GK203132991SQ201320132830
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者王曉萍, 趙光燦, 黃子昊 申請人:浙江大學(xué)