一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置的制作方法

本发明属于光学设备技术领域，具体涉及一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置。

背景技术：

表面等离子共振技术，是从20世纪90年代发展起来的一种新技术，其应用spr原理检测生物传感芯片，配位体与分析物之间的相互作用情况，广泛应用于各个领域，现有的设备通常采用扫面的方式进行检测，检测的灵敏度和准确性不高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种具有结构简单，精度高的一字线聚焦的表面等离子共振检测装置。

本发明的目的是这样实现的一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置，包括一字线激光器，聚焦变焦机构、遮光箱体和线阵光电检测单元，所述的一字线激光器为圆柱体，所述的一字线激光器的两端布置有用于固定支撑所述的一字线激光器的激光器支撑柱，所述的一字线激光器的输出端设置有聚焦变焦机构，所述的聚焦变焦机构的侧面与所述的激光器支撑柱的侧面固定连接，

所述的聚焦变焦机构的侧面设置有棱镜反射模块，所述的棱镜反射模块的外端布置有用于遮光的遮光箱体，所述的棱镜反射模块的下端布置有光衰减准直机构，所述的光衰减准直机构的下方布置有线阵光电检测单元，所述的线阵光电检测单元的下方设置有数据采集单元，所述的一字线激光器、聚焦变焦机构、线阵光电检测单元、棱镜反射模块和光衰减准直机构布置在所述的遮光箱体内。

所述的棱镜反射模块包括等腰直角棱镜、棱镜支撑架、样品微流板和镀金属膜玻璃片，所述的棱镜支撑架的端面与所述的聚焦变焦机构固定连接，所述的等腰直角棱镜的一个直角边与聚焦变焦机构的端面平行，等腰直角棱镜的另一个直角边与聚焦变焦机构的端面垂直，并且等腰直角棱镜的斜边所在的面与水平面的夹角为135°，所述的等腰直角棱镜的斜面上斜面上布置有样品微流板，所述的镀金属膜玻璃片布置在样品微流板的端面上。

所述的一字线激光器发射出具有一定发散角的一字线光束，光束经过聚焦变焦机构的聚焦变焦之后聚焦在所述的镀金属膜玻璃片的玻璃面上一点，光线经过镀金属膜玻璃片的反射之后将光的方向改变90°。

所述的一字线激光器、聚焦变焦机构和等腰直角棱镜共轴，所述的聚焦变焦机构可以改变一字线激光器发出的光线在所述的等腰直角棱镜内的光束线宽。

所述的镀金属膜玻璃片的表面的金属膜为纳米级金属膜，所述的镀金属膜玻璃片的玻璃面与所述的等腰直角棱镜通过折射率相匹配的固定液结合固定，所述的镀金属膜玻璃片的金属面与所述的样品微流板得样品溶液接触，所述的样品微流板通过清洗管道与清洗装置连接，样品微流板通过干燥管道与干燥装置连接，所述的清洗装置采用蠕动泵或注射器。

所述的等腰直角棱镜由折射率良好的材料制成，所述的等腰直角棱镜水平的镶嵌在所述的棱镜支撑架上，所述的棱镜支撑架可与所述的聚焦变焦机构结合为一个整体。

所述的聚焦变焦机构包括准直透镜和聚焦透镜，所述的准直透镜与聚焦透镜共轴。

光衰减准直机构包括光衰减层和聚焦准直层。所述的光衰减层和聚焦准直层共轴，所述光衰减准直机构与所述的等腰直角棱镜的水平直角面平行。

所述的线阵光电检测单元将经过光衰减准直机构处理后光束转化为共振强度信号，然后将线阵光电检测单元转为的共振强度信号被数据采集单元获取并根据检测到的共振强度和位置数据进行分析。

所述的所述的光衰减层为偏振片。

本发明的有益效果：

①本发明的通过非扫描方式检测减少了扫描过程中产生的机械振动及噪声干扰，同时一字线光束聚焦于传感层一点，降低检测位置大小，提高了检测灵敏度及准确性。

②本发明利用组合透镜改变焦距的方式，有效扩大了检测范围同时可以满足对多种样品检测的要求，

③一字型激光器和线阵光电检测单元的共同配合使用，使检测结果更容易理解分析，减少了一定的数据处理过程，同时该装置及检测方法可以大大降低制造成本，提高检测效率，

总的，本发明具有结构简单，精度高的优点。

附图说明

图1是本发明一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置的示意图。

图2是本发明一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置的测试结果示意。

图3是本发明一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置的工作流程示意图。

图中：1、一字线激光器2、聚焦变焦机构3、遮光箱体4、激光器支撑柱5、线阵光电检测单元6、棱镜反射模块601、等腰直角棱镜602、棱镜支撑架603、样品微流板604、镀金属膜玻璃片7、光衰减准直机构8、数据采集单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。

实施例1

如图1、图2和图3所示的一种非扫描聚焦式光学表面等离子共振检测装置，包括一字线激光器1，聚焦变焦机构2、遮光箱体3和线阵光电检测单元5，一字线激光器1为圆柱体，一字线激光器1的两端布置有用于固定支撑一字线激光器1的激光器支撑柱4，一字线激光器1的输出端设置有聚焦变焦机构2，聚焦变焦机构2的侧面与激光器支撑柱4的侧面固定连接，

聚焦变焦机构2的侧面设置有棱镜反射模块6，棱镜反射模块6的外端布置有用于遮光的遮光箱体3，棱镜反射模块6的下端布置有光衰减准直机构7，光衰减准直机构7的下方布置有线阵光电检测单元5，线阵光电检测单元5的下方设置有数据采集单元8，一字线激光器1、聚焦变焦机构2、线阵光电检测单元5、棱镜反射模块6和光衰减准直机构7布置在遮光箱体3内。

棱镜反射模块6包括等腰直角棱镜601、棱镜支撑架602、样品微流板603和镀金属膜玻璃片604，棱镜支撑架602的端面与聚焦变焦机构2固定连接，等腰直角棱镜601的一个直角边与聚焦变焦机构2的端面平行，等腰直角棱镜601的另一个直角边与聚焦变焦机构2的端面垂直，并且等腰直角棱镜601的斜边所在的面与水平面的夹角为135°，等腰直角棱镜601的斜面上斜面上布置有样品微流板603，镀金属膜玻璃片604布置在样品微流板603的端面上；一字线激光器1发射出具有一定发散角的一字线光束，光束经过聚焦变焦机构2的聚焦变焦之后聚焦在镀金属膜玻璃片604的玻璃面上一点，光线经过镀金属膜玻璃片604的反射之后将光的方向改变90°。

一字线激光器1、聚焦变焦机构2和等腰直角棱镜601共轴，聚焦变焦机构2可以改变一字线激光器1发出的光线在等腰直角棱镜601内的光束线宽；镀金属膜玻璃片603的表面的金属膜为纳米级金属膜，镀金属膜玻璃片603的玻璃面与等腰直角棱镜601通过折射率相匹配的固定液结合固定，镀金属膜玻璃片603的金属面与样品微流板603得样品溶液接触，样品微流板603通过清洗管道与清洗装置连接，样品微流板603通过干燥管道与干燥装置连接，清洗装置采用蠕动泵或注射器。

等腰直角棱镜601由折射率良好的材料制成，等腰直角棱镜601水平的镶嵌在棱镜支撑架602上，棱镜支撑架602可与聚焦变焦机构2结合为一个整体；聚焦变焦机构2包括准直透镜201和聚焦透镜202，准直透镜201与聚焦透镜202共轴；光衰减准直机构7包括光衰减层和聚焦准直层。光衰减层和聚焦准直层共轴，所述光衰减准直机构7与等腰直角棱镜601的水平直角面平行；线阵光电检测单元5将经过光衰减准直机构7处理后光束转化为共振强度信号，然后将线阵光电检测单元5转为的共振强度信号被数据采集单元8获取并根据检测到的共振强度和位置数据进行分析；光衰减层为偏振片。

本发明实施时在一字线激光器1的两端布置有用于固定支撑一字线激光器1的激光器支撑柱4，一字线激光器1的输出端设置有聚焦变焦机构2，聚焦变焦机构2的侧面与激光器支撑柱4的侧面固定连接，

聚焦变焦机构2的侧面设置有棱镜反射模块6，棱镜反射模块6的外端布置有用于遮光的遮光箱体3，棱镜反射模块6的下端布置有光衰减准直机构7，光衰减准直机构7的下方布置有线阵光电检测单元5，线阵光电检测单元5的下方设置有数据采集单元8，一字线激光器1、聚焦变焦机构2、线阵光电检测单元5、棱镜反射模块6和光衰减准直机构7布置在遮光箱体3内。

棱镜反射模块6包括等腰直角棱镜601、棱镜支撑架602、样品微流板603和镀金属膜玻璃片604，棱镜支撑架602的端面与聚焦变焦机构2固定连接，等腰直角棱镜601的一个直角边与聚焦变焦机构2的端面平行，等腰直角棱镜601的另一个直角边与聚焦变焦机构2的端面垂直，并且等腰直角棱镜601的斜边所在的面与水平面的夹角为135°，等腰直角棱镜601的斜面上斜面上布置有样品微流板603，镀金属膜玻璃片604布置在样品微流板603的端面上；一字线激光器1发射出具有一定发散角的一字线光束，光束经过聚焦变焦机构2的聚焦变焦之后聚焦在镀金属膜玻璃片604的玻璃面上一点，光线经过镀金属膜玻璃片604的反射之后将光的方向改变90°。

一字线激光器1、聚焦变焦机构2和等腰直角棱镜601共轴，聚焦变焦机构2可以改变一字线激光器1发出的光线在等腰直角棱镜601内的光束线宽；镀金属膜玻璃片603的表面的金属膜为纳米级金属膜，镀金属膜玻璃片603的玻璃面与等腰直角棱镜601通过折射率相匹配的固定液结合固定，镀金属膜玻璃片603的金属面与样品微流板603得样品溶液接触，样品微流板603通过清洗管道与清洗装置连接，样品微流板603通过干燥管道与干燥装置连接，清洗装置采用蠕动泵或注射器。

等腰直角棱镜601由折射率良好的材料制成，等腰直角棱镜601水平的镶嵌在棱镜支撑架602上，棱镜支撑架602可与聚焦变焦机构2结合为一个整体；聚焦变焦机构2包括准直透镜201和聚焦透镜202，准直透镜201与聚焦透镜202共轴；光衰减准直机构7包括光衰减层和聚焦准直层。光衰减层和聚焦准直层共轴，所述光衰减准直机构7与等腰直角棱镜601的水平直角面平行；线阵光电检测单元5将经过光衰减准直机构7处理后光束转化为共振强度信号，然后将线阵光电检测单元5转为的共振强度信号被数据采集单元8获取并根据检测到的共振强度和位置数据进行分析；光衰减层为偏振片。

工作原理为当光线从光密介质进入光疏介质的入射角等于或超过某一角度时会发生全反射，入射光到达界面时并不直接产生反射光，先透过光疏介质约一个波长的深度，然后再沿界面流动约半个波长之后再返回光密介质中，进入光疏介质的波称为消逝波，在介质(假设为金属介质)中又存在一定等离子波，当消逝波与等离子波相遇时消逝波与表面等离子波可能会发生共振，当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度的减弱，使反射光的能量急剧减少，一字线激光器1非扫描产生的激光通过聚焦变焦机构2的聚焦之后将一字线激光器1发出的光线的线宽改变，然后光线进入棱镜反射模块6中，光线在棱镜反射模块6中的经过等腰直角棱镜601的斜面时发生折射，光线经过镀金属膜玻璃片604的全反射之后通过样品微流板603，然后激光线再次进入等腰直角棱镜601然后通过光衰减准直机构7后经过线阵光电检测单元5的处理后数据采集单元8对数据进行处理；

从图2中可以看出反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角θ为spr角。电子吸收光能量，从而使反射光强在一定角度时大大减弱，其中是反射光完全消失的角就是spr角。spr角随金表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。因此可以通过对生物反应过程中spr角的动态变化获取生物分子之间相互作用的特异信号。

实施例2

如图1、图2和图3所示在一字线激光器1的两端布置有用于固定支撑一字线激光器1的激光器支撑柱4，一字线激光器1的输出端设置有聚焦变焦机构2，聚焦变焦机构2的侧面与激光器支撑柱4的侧面固定连接，

聚焦变焦机构2的侧面设置有棱镜反射模块6，棱镜反射模块6的外端布置有用于遮光的遮光箱体3，棱镜反射模块6的下端布置有光衰减准直机构7，光衰减准直机构7的下方布置有线阵光电检测单元5，线阵光电检测单元5的下方设置有数据采集单元8，一字线激光器1、聚焦变焦机构2、线阵光电检测单元5、棱镜反射模块6和光衰减准直机构7布置在遮光箱体3内。

棱镜反射模块6包括等腰直角棱镜601、棱镜支撑架602、样品微流板603和镀金属膜玻璃片604，棱镜支撑架602的端面与聚焦变焦机构2固定连接，等腰直角棱镜601的一个直角边与聚焦变焦机构2的端面平行，等腰直角棱镜601的另一个直角边与聚焦变焦机构2的端面垂直，并且等腰直角棱镜601的斜边所在的面与水平面的夹角为135°，等腰直角棱镜601的斜面上斜面上布置有样品微流板603，镀金属膜玻璃片604布置在样品微流板603的端面上；一字线激光器1发射出具有一定发散角的一字线光束，光束经过聚焦变焦机构2的聚焦变焦之后聚焦在镀金属膜玻璃片604的玻璃面上一点，光线经过镀金属膜玻璃片604的反射之后将光的方向改变90°。

一字线激光器1、聚焦变焦机构2和等腰直角棱镜601共轴，聚焦变焦机构2可以改变一字线激光器1发出的光线在等腰直角棱镜601内的光束线宽；镀金属膜玻璃片603的表面的金属膜为纳米级金属膜，镀金属膜玻璃片603的玻璃面与等腰直角棱镜601通过折射率相匹配的固定液结合固定，镀金属膜玻璃片603的金属面与样品微流板603得样品溶液接触，样品微流板603通过清洗管道与清洗装置连接，样品微流板603通过干燥管道与干燥装置连接，清洗装置采用蠕动泵或注射器。

等腰直角棱镜601由折射率良好的材料制成，等腰直角棱镜601水平的镶嵌在棱镜支撑架602上，棱镜支撑架602可与聚焦变焦机构2结合为一个整体；聚焦变焦机构2包括准直透镜201和聚焦透镜202，准直透镜201与聚焦透镜202共轴；光衰减准直机构7包括光衰减层和聚焦准直层。光衰减层和聚焦准直层共轴，所述光衰减准直机构7与等腰直角棱镜601的水平直角面平行；线阵光电检测单元5将经过光衰减准直机构7处理后光束转化为共振强度信号，然后将线阵光电检测单元5转为的共振强度信号被数据采集单元8获取并根据检测到的共振强度和位置数据进行分析；光衰减层为偏振片。

工作时先通过清洗装置用清洗液清洗样品微流板603内的传感层，然后通过干燥装置吹入氮气对样品微流板603的传感层进行干燥，干燥完成之后通过干燥装置吹入干燥的空气，然后一字线激光器1工作产生激光，光线通过聚焦变焦机构2之后进入棱镜反射模块6，光线首先进入棱镜反射模块6的等腰直角棱镜601，当光线到达等腰直角棱镜601与镀金属膜玻璃片604的接触面并穿过样品微流板603时发生全反射，经过样品微流板603的反射光线可能与镀金属膜玻璃片604的表面等离子波发生共振，发生共振的反射光经过等腰直角棱镜601后进入光衰减准直机构7，经过光衰减准直机构7的光线进入线阵光检测单元5，线阵光检测单元5将光线转化为共振强度信号，数据采集单元8获取线阵光检测单元5处理后的共振强度信号之后对信号进行处理和分析，重复测量多次得到空气背景谱线，

然后通过清洗装置将样品缓冲液注入样品微流板603的传感层，然后一字线激光器1工作产生激光，光线通过聚焦变焦机构2之后进入棱镜反射模块6，光线首先进入棱镜反射模块6的等腰直角棱镜601，当光线到达等腰直角棱镜601与镀金属膜玻璃片604的接触面并穿过样品微流板603时发生全反射，经过样品微流板603的反射光线可能与镀金属膜玻璃片604的表面等离子波发生共振，发生共振的反射光经过等腰直角棱镜601后进入光衰减准直机构7，经过光衰减准直机构7的光线进入线阵光检测单元5，线阵光检测单元5将光线转化为共振强度信号，数据采集单元8获取线阵光检测单元5处理后的共振强度信号之后对信号进行处理和分析，重复测量多次得到样品缓冲液的背景谱线，

然后利用空气隔离标准样品溶液的方式从低浓度到高浓度依次采集标准液的谱线，然后使用清洗装置对样品微流板603的传感层进行清洗，然后通过干燥装置对样品微流板603进行干燥处理，然后通过清洗装置将标准溶液注入样品微流板603的传感层，然后一字线激光器1工作产生激光，光线通过聚焦变焦机构2之后进入棱镜反射模块6，光线首先进入棱镜反射模块6的等腰直角棱镜601，当光线到达等腰直角棱镜601与镀金属膜玻璃片604的接触面并穿过样品微流板603时发生全反射，经过样品微流板603的反射光线可能与镀金属膜玻璃片604的表面等离子波发生共振，发生共振的反射光经过等腰直角棱镜601后进入光衰减准直机构7，经过光衰减准直机构7的光线进入线阵光检测单元5，线阵光检测单元5将光线转化为共振强度信号，数据采集单元8获取线阵光检测单元5处理后的共振强度信号之后对信号进行处理和分析，重复测量多次得到标准液谱线并建立相关模型，

然后使用清洗装置对样品微流板603的传感层进行清洗，然后通过干燥装置对样品微流板603进行干燥处理，然后通过清洗装置将待测样品注入样品微流板603的传感层，然后一字线激光器1工作产生激光，光线通过聚焦变焦机构2之后进入棱镜反射模块6，光线首先进入棱镜反射模块6的等腰直角棱镜601，当光线到达等腰直角棱镜601与镀金属膜玻璃片604的接触面并穿过样品微流板603时发生全反射，经过样品微流板603的反射光线可能与镀金属膜玻璃片604的表面等离子波发生共振，发生共振的反射光经过等腰直角棱镜601后进入光衰减准直机构7，经过光衰减准直机构7的光线进入线阵光检测单元5，线阵光检测单元5将光线转化为共振强度信号，数据采集单元8获取线阵光检测单元5处理后的共振强度信号之后对信号进行处理和分析，重复n次测量，谱线经过降噪处理后从n个谱线中通过一定的算法处理寻找生成最佳谱线，以该谱线为处理对象进行数据处理来确定最佳共振位置点，然后将样品数据空白背景谱线进行比对来排出相关环境因素的干扰，然后将数据带入标准液建立的模型中得到样品的生物化学信息，总的，本发明具有结构简单，精度高的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。