无可动部件的多通道角度调制型spr传感器检测系统的制作方法

文档序号:6080518阅读:216来源:国知局
专利名称:无可动部件的多通道角度调制型spr传感器检测系统的制作方法
技术领域
本发明涉及生物化学检测领域,尤其涉及一种表面等离子共振传感器检测系统。
背景技术
表面等离子体共振SPR(Surface plasmon resonance)现象,p偏振光在玻璃与金属薄膜交界处发生全反射时产生的倏逝波会引发金属表面的自由电子产生表面等离子(Surface Plasmon, SP),当表面等离子与倏逝波的频率和波数相同时,便会产生表面等离子共振。对于角度调制型SPR,这种现象会使得某一入射角的反射光强度突然降低,并且对金属薄膜表面介质的折射率非常敏感。自从上个世纪SPR现象被发现,近十年来SPR技术被广泛用于生化、医疗、食品、环境等监测领域,成为传感器研究领域的热点。SPR传感器对其表面的介质非常敏感,流经传感器表面流体折射率微小的变化,就能引起传感器输出的变化,其测量过程样品消耗不大于lul。SPR检测技术具有检测灵敏度高、抗电磁干扰性能好、样品消耗量少等特点。目前角度调制的SPR传感器大致有两类,一类是角度扫描传感器,采用机械可动部件如可动入射壁或振镜等来调整入射光的角度。这种传感器精度受限于机械部件,而且完成一次完整的角度扫描需要一定的时间,时间分辨率低下。另一类是通过光学元件将入射光汇聚到传感面上,这样使得反射光中含有不同入射角的信息。这种传感器若入射光汇聚到传感面上,对光路精度有较高要求,光路调整往往不是很方便。若入射光焦点不在传感面上,则传感面上不同位置对应着不同的入射角的光线,这会对整个传感面的金属薄膜平整度有较高要求。
发明内容本发明提供了·一种光路装调方便、灵敏度高、性能稳定的无可动部件的多通道角度调制型表面等离子共振传感器检测系统。一种无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,包括SPR传感器和与所述的SPR传感器的检测面贴合设置的微型流通池,所述的SPR传感器包括光发射组件、光接收组件和用于接收光发射组件的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件;所述的光发射组件包括沿光线方向依次设置的光源、准直透镜、偏振片、滤波片和矩形光阑;所述的光反射组件包括沿光发射组件的出射光线方向依次设置的第一柱面透镜、半圆柱棱镜、第二柱面透镜;其中半圆柱棱镜的反光面上镀有一层金属薄膜,第一柱面透镜和第二柱面透镜的焦线都重合于半圆柱棱镜的圆心线上,位于金属薄膜处;所述的光接收组件包括沿光反射组件的出射光线方向依次设置的第一成像透镜、第二成像透镜和光学传感器;所述的微型流通池为多通道的微型流通池。[0012]上述光发射组件中的偏振片的偏振方向设置成仅允许参加SPR反应的P光通过。光发射组件发出的平行光线从第一柱面透镜入射后汇聚到半圆柱棱镜的圆心线上,即半圆柱棱镜的轴线上,经金属薄膜反射到另一侧的第二柱面透镜再次变为平行光输出,最后经过第一和第二成像透镜投射到光学传感器上。第一柱面透镜及第二柱面透镜的焦线与半圆柱棱镜的圆心线重合,光发射组件发出的平行光束通过第一柱面透镜后的汇聚光都垂直于半圆柱棱镜的切线入射,进入半圆柱棱镜后光线方向并不发生改变。本实用新型SPR传感器中金属薄膜的反光面朝向半圆柱棱镜,被测液体经微型流通池流经金属薄膜背向半圆柱棱镜一侧,作为优选,所述的金属薄膜为金膜、银膜或者金银复合膜。进一步优选,在金属薄膜表面上修饰有对不同待测物质敏感的特异膜,能够实现对样品中特定物质的闻灵敏检测。作为优选,所述的光学传感器为面阵CCD或者面阵CMOS。其中,CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点,操作时根据具体需要进行选择。作为优选,所述的光源为LED光源。LED光源产生的热量很少,由电能到光能的转换率接近100%,不会造成能源的浪费,而且LED光源不使用水银,也不含铅,具有环保性,适合于生物样品的检测。本实用新型中与上述的SPR传感器配合使用的微型流通池为多通道的流通池,作为优选,所述的微型流通池表面刻有空气参考槽和U型流通槽,U型流通槽的两端还分别设有至少一个进液孔和一个出液孔;所述的微型流通池与SPR传感器的金属薄膜面贴合时,空气参考槽和U型流通槽分别与金属薄膜组成空气通道和液体流通通道。
本实用新型SPR传感器检测系统工作时,SPR传感器与微型流通池贴合设置,当待测溶液由微型流通池流经SPR传感器时,该传感器通过对反射光强度的检测进而分析目标溶液的折射率,实现对待测样品的检测,同时结合对传感器检测面的修饰,可以实现对特定物质的特异性检测。本实用新型的SPR传感器及相应的微型流通池,能够实现参比方式及特异性方式的测量,以提高检测器的测量灵敏度。具有机械结构简单、装配调试方便、灵敏度高、性能稳定、小型化和性价比高的优点。

图1为本实用新型中SPR传感器的光路图;图2为本实用新型中SPR传感器的机械结构示意图;图3为本实用新型中SPR传感器的柱面透镜棱镜固定模块示意图;图4为本实用新型中微型流通池的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型中无可动部件的多通道角度调制型表面等离子共振传感器,包括光发射组件、光接收组件和用于接收光发射组件的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件,[0026]光发射组件沿光线方向依次设有光源1、针孔2、准直透镜3、偏振片4、滤波片5和矩形光阑6 ;偏振片4的偏振方向设置成仅允许参加SPR反应的P光通过,其中的光源采用LED光源。光反射组件包括沿光发射组件的出射光线方向依次设置的第一柱面透镜7、半圆柱棱镜8、第二柱面透镜10 ;其中半圆柱棱镜8的反光面上镀有一层金属薄膜9,第一柱面透镜7和第二柱面透镜10的焦线都重合于半圆柱棱镜8的圆心线上,位于金属薄膜9处。光接收组件沿光线方向依次设有第一成像透镜11、第二成像透镜12和接收SPR信号的光学传感器13。光发射组件发出的平行光线从第一柱面透镜7入射后汇聚到半圆柱棱镜8焦线上的金属薄膜9处,经金属薄膜9反射到另一侧的第二柱面透镜10再次变为平行光输出,最后经过第一成像透镜11和第二成像透镜12投射到光学传感器13上,该实施例中的光学传感器采用面阵CCD,当然也可根据需要采用面阵CMOS。图2为图1中SPR传感器的机械结构示意图,从图中可看出,光发射组件还包括LED镜筒14、准直透镜镜筒15、滤波片偏振片镜筒16。光反射组件包括柱面透镜棱镜固定模块。光接收组件包括成像透镜镜筒17和光学传感器13。各个部件之间通过内外螺纹的配合相互连接,确保每个部分光学元件的光轴都是同轴的。如图3所示,SPR传感器的柱面透镜棱镜固定模块包括半圆柱棱镜8、第一柱面透镜镜筒18、第二柱面透镜镜筒20、连接件19和棱镜固定件21。第一柱面透镜镜筒18和第二柱面透镜镜筒20通过螺钉与连接件(19)固定,半圆柱棱镜8固定在棱镜固定件21里,并作为一个整体插入连接件19的凹槽中。这种设计保证了第一柱面透镜7的焦线与半圆柱棱镜8的圆心线重合,光入射组件发出的平行光经过第一柱面透镜7能汇聚在金属薄膜9处。图4为与SPR传感器配合使用的多通道微型流通池的结构示意图,其中多通道微型流通池由PDMS材料制成。流通池上刻有空气参考槽22和U型流通槽23,U型槽的进液孔24和出液孔25可供毛细管插入。流通池刻有槽的这面紧贴金属薄膜9表面,空气参考槽22的空气信号可以采集用来校正光源I光强的波动,被测溶液由进液孔24流入,沿着U型流通槽23流过金属薄膜9表面,从而实现对溶液的SPR信号测量,最后从出液孔25排出。U型流通槽23的两个臂可以作为两条通道,通过对某个通道对应的传感器检测面部分进行单独修饰,两条通道在试验中可分别作为测量通道和参比通道抑制温度变化导致溶液折射率变化带来的影响,实现参比方式测量提高传感器的灵敏度。使用PDMS流通池可以保护传感器的金属薄膜不会被损伤。在金属膜9表面,可根据被测对象的不同,修饰不同生物敏感膜,可以实现样品中特定物质的高灵敏检测,成为特异性检测器。实际使用时,将泵阀的输出管由毛细管连接到传感器流通池的进液孔24,待测溶液流经金属膜9表面(或经生物修饰的生物膜表面)从出液孔25流出。金属薄膜9表面的样液折射率的变化、特异性吸附引起的浓度变化通过SPR传感器实时转换为光谱信号,通过对该信号的分 析即可实现检测。
权利要求1.无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,包括SPR传感器和与所述的SPR传感器的检测面贴合设置的微型流通池,所述的SPR传感器包括光发射组件、光接收组件和用于接收光发射组件的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件,其特征在于, 所述的光发射组件包括沿光线方向依次设置的光源(I)、准直透镜(3)、偏振片(4)、滤波片(5)和矩形光阑(6); 所述的光反射组件包括沿光发射组件的出射光线方向依次设置的第一柱面透镜(7)、半圆柱棱镜(8)、第二柱面透镜(10); 其中半圆柱棱镜(8)的反光面上镀有一层金属薄膜(9),第一柱面透镜(7)和第二柱面透镜(10)的焦线都重合于半圆柱棱镜(8)的圆心线上,位于金属薄膜(9)处; 所述的光接收组件包括沿光反射组件的出射光线方向依次设置的第一成像透镜(11)、第二成像透镜(12)和光学传感器(13); 所述的微型流通池为多通道的微型流通池。
2.如权利要求1所述的无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,其特征在于,所述的金属薄膜(9)为金膜、银膜或者金银复合膜。
3.如权利要求1所述的无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,其特征在于,在金属薄膜(9)表面上修饰有对不同待测物质敏感的特异膜。
4.如权利要求1所述的无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,其特征在于,所述的光学传感器(13)为面阵CCD或者面阵CMOS。
5.如权利要求1所述的无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,其特征在于,所述的光源为L ED光源。
6.如权利要求1所述的无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,其特征在于,所述的微型流通池表面刻有空气参考槽(22)和U型流通槽(23),U型流通槽(23)的两端还分别设有至少一个进液孔(24)和一个出液孔(25);所述的微型流通池与SPR传感器的金属薄膜(9)面贴合时,空气参考槽(22)和U型流通槽(23)分别与金属薄膜(9)组成空气通道和液体流通通道。
专利摘要本实用新型公开了一种无可动部件的多通道角度调制型SPR传感器检测系统,包括SPR传感器和与SPR传感器的检测面贴合设置的微型流通池,该SPR传感器包括光发射组件、光接收组件和用于接收光发射组件的光线并将其反射至光接收组件的光反射组件,其中的微型流通池为多通道的微型流通池。光发射组件发出的平行光线从柱面透镜入射后汇聚到半圆柱棱镜上金属薄膜处,反射光经由成像透镜投射到光学传感器上。本实用新型的SPR传感器检测系统能够实现参比方式及特异性方式的测量,以提高检测器的测量灵敏度,具有机械结构简单、装配调试方便、灵敏度高、性能稳定、小型化和性价比高的优点。
文档编号G01N21/55GK203132991SQ201320132830
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者王晓萍, 赵光灿, 黄子昊 申请人:浙江大学
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