一种同步检测装置的制作方法

本发明涉及分析仪技术领域，尤其涉及一种同步检测装置。

背景技术：

表面等离子体(surfaceplasmons,sps)是由入射光激发的金属表面自由电子的集体振荡波。当自由电子的集体振荡频率与入射光频率一致时，就达到了共振，产生表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance,spr)现象。spr具有两个基本特征，第一，spr对于吸附在金属表面上的生物分子的相互作用而引起的微小的光强以及位相变化十分敏感；第二，在spr条件下，金属表面附近有很强的电磁场，会引发独特的表面增强光谱现象，比如显著的表面等离子体增强拉曼以及表面等离子体增强荧光效应。

基于spr对于吸附在金属表面上的生物分子的相互作用而引起的微小的光强以及位相变化十分敏感这一特征，发展出了各种spr检测技术以及检测装置。基于spr能够激发表面增强光谱这一特征，发展出了“等离子体增强光谱学”这一学科。等离子体增强效应由最初的个别光谱增强现象，逐渐演化成为一个内容丰富的学科。已经观测到的表面等离子体增强效应有：表面增强拉曼散射、表面等离子体增强荧光、表面等离子体共振瑞利散射、表面增强红外，表面增强透射效应，表面增强受激辐射，表面增强发光等等。目前，有关这方面的研究呈现快速增长的趋势。

基于等离子体共振与表面增强光谱之间密切的相关性，国内外多个实验组，均搭建了同时检测spr和表面增强光谱的实验装置用于研究等离子体共振与表面增强光谱之间的关系，并将其用于生物分子相互作用的研究。在目前的研究中，上述搭建的实验装置的spr检测部分是通过检测反射光强度的变化进行spr检测。其优势是设备简单、成本较低，但其也具有明显的劣势，即只能得到光强变化曲线，无法得到更多的更直观的信息。另外现有技术中还利用sps成像技术，以期望得到直观的三维spr图像，但是由于sps传输距离的有限，成像分辨率较低，检测灵敏度也较低。

如何提供一种能够同时检测表面增强拉曼散射、表面等离子体共振以及得到三维位相图，用于研究三者之间联系的装置成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种表面增强拉曼散射与相移干涉成像同步检测装置，以解决现有技术中检测表面增强拉曼散射、表面等离子体共振以及得到三维位相图的装置相互独立，无法同时研究三者之间的相关关系的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种同步检测装置，包括：

激光相移干涉成像系统、生物样品池和光学耦合系统、表面增强拉曼散射检测系统、表面等离子体共振检测系统、转台系统和控制系统；

其中，所述激光相移干涉成像系统、生物样品池和光学耦合系统、表面增强拉曼散射检测系统、表面等离子体共振检测系统均安装在所述转台系统上；

所述控制系统用于控制所述激光相移干涉成像系统、所述表面增强拉曼散射检测系统的信号采集以及调整所述转台系统角度；以使所述激光相移干涉成像系统发出的光在所述生物样品池和光学耦合系统内激发出表面增强拉曼散射光信号和表面等离子体共振光信号；所述表面增强拉曼散射检测系统采集所述表面增强拉曼散射光信号进行检测；所述表面等离子体共振检测系统采集所述表面等离子体共振光信号进行检测；所述激光相移干涉成像系统接收所述生物样品池和光学耦合系统按原路返回的光进行干涉得到三维位相图。

优选地，所述激光相移干涉成像系统为激光相移干涉仪。

优选地，所述激光相移干涉仪包括：菲索型干涉仪、迈克尔逊干涉仪或泰曼格林干涉仪。

优选地，所述生物样品池和光学耦合系统包括：

棱镜、介质膜和生物样品；

所述生物样品位于所述棱镜和所述表面增强拉曼散射检测系统之间，所述介质膜位于所述棱镜和所述生物样品之间，所述介质膜用于激发产生表面等离子体；

所述激光相移干涉成像系统发出的光经过所述棱镜照射至所述生物样品上进行激发得到表面增强拉曼散射信号，照射至所述介质膜上得到表面等离子体共振信号。

优选地，所述介质膜为金属膜，或用于激发长程表面等离子体的缓冲层和金属膜的叠层结构。

优选地，所述棱镜为三角棱镜，所述三角棱镜的斜面朝向所述生物样品；所述三角棱镜的一个直角面朝向所述激光相移干涉成像系统，另一个直角面朝向所述表面等离子体共振检测系统。

优选地，所述棱镜为半球面镜或半柱面镜；所述半球面镜或所述半柱面镜的平面朝向所述生物样品；

所述生物样品池和光学耦合系统还包括：第一透镜；

所述第一透镜用于将所述激光相移干涉成像系统发出的平行光汇聚至所述生物样品表面。

优选地，所述表面增强拉曼散射检测系统包括：

物镜、滤光片和光谱仪；

其中，所述物镜用于采集所述生物样品池和光学耦合系统激发出的所述表面增强拉曼散射信号；

所述滤光片用于滤除杂散光；

所述光谱仪用于接收所述表面增强拉曼散射信号，并进行检测分析。

优选地，所述表面等离子体共振检测系统包括：

第二透镜(14)和光电探测器(15)；

所述第二透镜(14)将所述生物样品池和光学耦合系统激发出的表面等离子体共振信号汇聚至所述光电探测器(15)，用于检测分析。

优选地，还包括压电陶瓷机械移相装置，所述压电陶瓷机械移相装置接收所述控制系统的控制，用于移动所述激光相移干涉成像系统，以使得所述激光相移干涉成像系统发出的光和接收的光发生干涉，得到所述三维位相图。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的同步检测装置，包括：激光相移干涉成像系统、生物样品池和光学耦合系统、表面增强拉曼散射检测系统、表面等离子体共振检测系统、转台系统和控制系统；控制系统用于控制所述激光相移干涉成像系统、所述表面增强拉曼散射检测系统的信号采集以及调整所述转台系统角度；以使所述激光相移干涉成像系统发出的光在所述生物样品池和光学耦合系统内激发出表面增强拉曼散射信号发送至所述表面增强拉曼散射检测系统进行检测，以及产生的表面等离子体共振信号发送至所述表面等离子体共振检测系统进行检测；并调整所述转台系统的角度，使得所述生物样品池和光学耦合系统发出的光原路返回至所述激光相移干涉成像系统得到三维位相图。

也即，本发明提供的表面增强拉曼散射与相移干涉成像同步检测装置，通过控制系统调整转台系统，不仅能够进行表面增强拉曼散射检测，还能够进行表面等离子体共振检测，同时能够得到激光相移干涉的三维位相图，从而能够采用同一个激发光源，实现三种功能，进而方便对三者之间的关系进行研究。即能够获得生物大分子间相互作用过程中位相变化三维图像以及分子结构变化信息，从多个渠道获取生物体系分子间相互作用信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种同步检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种同步检测装置的详细内部结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的装置基本都是独立的，没有能够同时检测表面增强拉曼散射、表面等离子体共振以及得到三维位相图，从而方便研究三者之间联系的装置。

但是，发明人发现，由于spr对于吸附在金属表面上的生物分子的相互作用而引起的微小的光强以及位相变化十分敏感，利用激光相移干涉成像技术获取金属表面上的生物分子的相互作用而引起的微小位相变化的三维图像具有明显的优势。

激光相移干涉技术一般用于光学元件的面形检测，检测不确定度能够达到0.1nmrms的水平。激光相移干涉技术具有高稳定性，高灵敏度等优势，最近，引力波的发现即是激光相移干涉技术高稳定性、高灵敏度的强有力的证明。此外，相移干涉成像技术还可进行三维成像，且成像分辨率高，这些优点可以用于对在表面等离子体共振状态下生物分子相互作用进行三维成像，以得到更多的生物分子相互作用过程的信息，用于研究生物分子相互作用的机制与原理。

将相移干涉成像技术与sps增强光谱技术相结合，同步获取金属表面上的生物分子的相互作用而引起的位相变化的三维图像以及原位的表面增强光谱，对研究生物分子相互作用体系中sps与表面增强光谱的之间的内在联系以及生物分子相互作用的过程均具有重要意义。

而表面增强拉曼散射(sers)是表面增强光谱学的一个重要分支，并且sers效应没有淬灭效应，如将相移干涉成像技术与表面增强拉曼散射技术相结合，同时采集同一区域的干涉仪信号以及拉曼散射信号，用于研究生物分子相互作用体系将有明显优势。

基于此，本发明提供一种同步检测装置，包括：

激光相移干涉成像系统、生物样品池和光学耦合系统、表面增强拉曼散射检测系统、表面等离子体共振检测系统、转台系统和控制系统(13)；

其中，所述激光相移干涉成像系统、生物样品池和光学耦合系统、表面增强拉曼散射检测系统、表面等离子体共振检测系统均安装在所述转台系统上；

所述控制系统用于控制所述激光相移干涉成像系统、所述表面增强拉曼散射检测系统的信号采集以及调整所述转台系统角度；以使所述激光相移干涉成像系统发出的光在所述生物样品池和光学耦合系统内激发出表面增强拉曼散射光信号和表面等离子体共振光信号；所述表面增强拉曼散射检测系统采集所述表面增强拉曼散射光信号进行检测；所述表面等离子体共振检测系统采集所述表面等离子体共振光信号进行检测；所述激光相移干涉成像系统接收所述生物样品池和光学耦合系统按原路返回的光进行干涉得到三维位相图。

本发明提供的同步检测装置，通过控制系统调整转台系统，不仅能够进行表面增强拉曼散射检测，还能够进行表面等离子体共振检测，同时能够得到激光相移干涉的三维位相图，从而能够采用同一个激发光源，实现三种功能，进而方便对三者之间的关系进行研究。即用于获得生物大分子间相互作用过程中位相变化三维图像以及分子结构变化信息，从多个渠道获取生物体系分子间相互作用信息。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，本发明提供一种同步检测装置，所述同步检测装置能够同时检测表面增强拉曼散射、表面等离子体共振检测以及相移干涉成像，所述同步检测装置包括：激光相移干涉成像系统1、生物样品池和光学耦合系统2、表面增强拉曼散射(sers)检测系统3、表面等离子体共振(spr)检测系统4、转台系统5和控制系统13；其中，激光相移干涉成像系统1、生物样品池和光学耦合系统2、表面增强拉曼散射检测系统3、表面等离子体共振检测系统4均安装在转台系统5上。

控制系统13用于控制激光相移干涉成像系统1、表面增强拉曼散射检测系统3的信号采集以及调整转台系统5角度；以使激光相移干涉成像系统1发出的光在生物样品池和光学耦合系统2内激发出表面增强拉曼散射光信号和表面等离子体共振光信号；表面增强拉曼散射检测系统3采集表面增强拉曼散射光信号进行检测；表面等离子体共振检测系统4采集表面等离子体共振光信号进行检测；激光相移干涉成像系统1接收生物样品池和光学耦合系统2按原路返回的光进行干涉得到三维位相图。

需要说明的是，本实施例中不限定激光相移干涉成像系统1的具体结构，可选的，激光相移干涉成像系统1可以是各种激光相移干涉仪，例如菲索型干涉仪、迈克尔逊干涉仪或泰曼格林干涉仪等。

同样的，本实施例中不限定生物样品池和光学耦合系统2、表面增强拉曼散射检测系统3、表面等离子体共振检测系统4、转台系统5的具体结构，只要能够实现上述功能即可。

为方便说明你本发明实施例提供的表面增强拉曼散射与相移干涉成像同步检测装置，请参见图2所示，生物样品池和光学耦合系统2至少包括：棱镜7、介质膜8和生物样品9；生物样品9位于棱镜7和表面增强拉曼散射检测系统3之间，介质膜8位于棱镜7和生物样品9之间，介质膜8用于在激光作用下激发产生表面等离子体光信号；激光相移干涉成像系统1发出的光经过棱镜7照射至生物样品9上进行激发得到表面增强拉曼散射光信号，照射至介质膜8上得到表面等离子体共振信号。

需要说明的是，本实施例中不限定介质膜8的材质，介质膜8可以是各种金属膜，或者能够激发长程表面等离子体的缓冲层和金属膜的叠层结构。

本实施例中也不限定棱镜7的结构，可选的，棱镜7可以是三角棱镜，三角棱镜的斜面朝向生物样品9；三角棱镜的一个直角面朝向激光相移干涉成像系统1，另一个直角面朝向表面等离子体共振检测系统4。

棱镜7还可以是半球面镜或半柱面镜；半球面镜或半柱面镜的平面朝向生物样品9；需要说明的是，当棱镜7为半球面镜或半柱面镜时，生物样品池和光学耦合系统2还包括：第一透镜6；第一透镜6用于将激光相移干涉成像系统1发出的平行光汇聚至生物样品9表面。

表面增强拉曼散射检测系统3包括：物镜10、滤光片11和光谱仪12；其中，物镜10用于采集生物样品池和光学耦合系统2激发出的表面增强拉曼散射信号；滤光片11用于滤除杂散光；光谱仪12用于接收表面增强拉曼散射信号，并进行检测分析。

表面等离子体共振检测系统4包括：第二透镜14和光电探测器15；第二透镜14将生物样品池和光学耦合系统2激发出的表面等离子体共振信号汇聚至光电探测器15，用于检测分析。

本实施例中，同步检测装置工作时，激光相移干涉成像系统1发出的平行光经过第一透镜6，经过棱镜7第一面后聚焦在棱镜底面上的介质膜8上激发生物样品9，激发出的sers信号被物镜10收集，经过滤光片11后被光谱仪12接收；反射到棱镜7第二个面上的光，一部分光透过棱镜7以及第二透镜14，然后被光电探测器15探测到，成为spr信号；另一部分光原路返回，和激光相移干涉成像系统1中的参考光干涉，得到柱面镜7底面处生物样品9相互作用的三维位相图。这样就可以同时得到样品的sers信号，spr信号以及激光与生物样品相互作用的三维位相图。

本实施例中可选的，还可以包括压电陶瓷机械移相装置，压电陶瓷机械移相装置接收控制系统13的控制，用于移动激光相移干涉成像系统1，以使得激光相移干涉成像系统1发出的光和接收的光发生干涉，得到三维位相图。

需要说明的是，棱镜7需精确设计，使得激光光源经棱镜7第二个面反射后能够按原路返回，并与干涉参考光路的光相干涉。控制系统13用于控制激光相移干涉成像系统1，sers检测系统3以及可调整激发角度和收集角度的转台系统5。

本实施例中整套装置包括可调整激发角度和收集角度的转台系统、生物样品池和光学耦合系统、相移干涉成像系统、spr检测系统与sers检测系统等五大部分。装置的主体采用θ－θ测角仪结构，入射激光及相移干涉成像系统集成于同一转臂上，spr检测系统集成于另一转臂上，sers光谱检测系统集成于样品池的下方。

整套仪器工作时以激光入射角为变量检测spr谱，在spr共振角度下进行相移干涉成像，得到相位变化图相，同时在同一微区内检测sers光谱，最终得到相位变化与sers光谱变化之间的关系，从而分析sps与sers之间的内在联系。

相移干涉成像检测系统是激光干涉仪，激光干涉仪部分发出的平行光经过透镜，经过棱镜第一面后聚焦在棱镜底面上激发生物样品，然后反射到棱镜第二个面上，一部分光透过棱镜进入spr检测系统，另一部分光原路返回，和激光干涉仪中的参考光干涉，得到棱镜底面处生物样品相互作用的三维位相图。

本发明实施例中，干涉仪移相方式采用压电陶瓷机械移相方式，采用移相方式采集干涉图。棱镜的曲率半径需精确设计，使得激光光源经棱镜第二个面反射后能够按原路返回，并与干涉参考光路的光相干涉。可选的，sers信号检测系统是ccd光谱仪。激光在棱镜底部激发出生物样品的sers信号的收集采用显微耦合/成像方式，sers信号经显微物镜收集后进入拉曼光谱仪并被记录。

本发明提供的实验装置与其他独立spr谱仪和拉曼光谱仪器不同之处在于：

本装置将激光干涉仪、spr谱仪以及拉曼光谱仪相结合，能够同时检测spr谱、sers谱以及样品的位相变化图像，其独特之处是可以在共振增强角度下对样品激发得到sers光谱并同时检测样品的位相变化图像。

需要说明的是，本发明实施例中所述的检测样品需要预处理，被检测样品首先放置(或者通过物理化学作用吸附)在用银或金修饰的具有sers活性的基片上，然后将该基片固定在一个直角形或半柱面形的棱镜上；棱镜既承载样品基片，又是耦合激发光及spr和sers两种同时发生光谱的媒介。由于棱镜采用直角形或半柱面形，保证任何角度的入射光激发样品的位置不变。

本发明实施例中的基片的制备需要满足spr和sers检测两方面的要求。spr在基片上镀一层50nm的金属膜即可，sers是在spr的基片上吸附上被测物质的分子即可。因此，可以采用真空镀膜、纳米组装等方法将通常用于spr测试的基片修饰成具有sers活性的基底，使其既适合于spr测试又适合表面增强拉曼光谱测试。

研究高sers活性基底的结构特征，制备具有较高sers活性的修饰层，使其在界面与表面、纳米结构分析和芯片分析化学研究中获得应用。制备用银或金修饰的具有sers活性的基片的具体方法是：

①真空蒸镀金属膜方法；

②超分子静电组装的制作方法；

③化学反应组装修饰层；

本发明的同步检测装置还可以包括采用流体进样系统，从而可以实现流体实时检测。

本发明基于表面等离子体共振，结合相移干涉成像技术与sers光谱技术的优势，构建一套能够同步获取实时、原位的生物大分子间相互作用过程中的位相变化三维图像以及sers光谱的联合实验装置，也即所述表面增强拉曼散射与相移干涉成像同步检测装置。在此装置基础上建立相应的实验方法，获得生物大分子间相互作用过程中位相变化三维图像以及分子结构变化信息，从多个渠道获取生物体系分子间相互作用信息。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。