一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米物质检测技术领域，尤其涉及一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置。
【背景技术】
[0002]从2013年中国的SARS爆发到最近的西非埃博拉病毒蔓延，病毒对人类生命安全的威胁越来越严重，并引起广泛关注。由于病毒致病剂量低、感染性强，为了防止疾病蔓延，针对于外环境中低浓度病毒的快速有效高灵敏度的病毒在线检测手段变得至关重要。
[0003]病毒检测的常用手段包括电子显微镜法、生物方法以及物理光学方法。病毒尺寸很小，一般在20到400纳米之间，其中大部分病毒尺寸集中在100纳米以下，常规的光学显微镜由于受到光学衍射极限的限制，无法对尺寸小于200纳米的病毒进行检测。透射电子显微镜技术的检测极限可达到几纳米，可对病毒的形貌及蛋白质外壳细节进行精密探测，但是透射电子显微镜设备昂贵，需要真空操作、操作时间长，检测灵敏度相对较低，检测结果的准确性与操作者的技能和经验有直接关系，只能用于实验室检测。传统的生物方法主要包括噬斑法、免疫技术、聚合酶链式反应(PCR)、序列测定等检测技术。这些方法能测定病毒活性、种类，但对病毒浓度、活性、检测前样品处理要求极高，对低浓度病毒需要进行浓缩、扩增等长时间的前处理，属于实验室检测技术。特定的物理光学手段也可以用来检测病毒，质谱分析仪器可以检测多种病毒，但也需要对病毒进行成功率不能保证的扩增、纯化等预处理；基于布朗运动原理的动态光散射以及病毒计数仪可以快速检测病毒的尺寸与浓度，但是无法分辨病毒的种类，而且这种方法仅仅是宏观统计方法，测量误差较大，虽然可以快速检测病毒，仍无法满足病毒在线检测的需要。
【发明内容】
[0004]本申请提供一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置，解决了现有技术中的检测方法成本高、检测性能不稳定，检测速度慢、灵敏度低，不可直接对低浓度的病毒样品进行检测的技术问题。
[0005]本申请提供一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法，所述方法包括:在芯片基底的成像区域上镀金薄膜；在金薄膜表面制备病毒抗体；对待检测液进行过滤；通过微流体泵将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上；所述病毒抗体特异性捕获所述待检测液中的病毒；光源发出的光经过扩束整形后，以P偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射；所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集；通过CCD对所收集的光进行成像；对成像信息进行采集、处理和分析，获得病毒的信息。
[0006]优选地，所述对待检测液进行过滤，具体包括:采用活性炭滤芯对所述待检测液进行过滤；采用微孔过滤膜对粗过滤后的所述待检测液进行过滤。
[0007]优选地，所述方法包括:定期检测纯水通过所述过滤器的透过量；判断所述透过量是否小于一预设值；若是，则更换所述活性炭滤芯和所述微孔过滤膜。
[0008]优选地，所述通过CCD对所收集的光进行成像，包括:用CCD测量无任何病毒的反射光作为背景光斑；用CCD测量有所述病毒的反射光作为当前光斑；将所述背景光斑与所述当前光斑相减，获得所述病毒弓I起表面等离激元散射场。
[0009]一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的装置，所述装置包括:过滤器，用于对待检测液进行过滤；芯片基底，所述芯片基底上镀有金薄膜；微流体泵，用于将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上，所述金薄膜表面制备病毒抗体；光源，用于发出光；油浸物镜；线偏振器和薄膜分束器，用于将光进行扩束整形，以偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面，再斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述所述待检测液的病毒产生散射；所述油浸物镜还用于收集所述表面等离激元散射转化的光信号和反射光；CCD，对所收集的光进行成像；处理器，对成像信息进行采集、处理和分析，获得病毒的信息。
[0010]优选地，所述芯片基底和所述金薄膜之间镀设有铬薄膜。
[0011]优选地，所述过滤器包括活性炭滤芯和微孔过滤膜。
[0012]本申请有益效果如下:
[0013]通过上述方法和装置，当待检测液中的病毒流过金薄膜时，病毒会被病毒抗体吸附到金薄膜表面，以与所述金薄膜表面激发表面等离激元产生散射，所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集，再通过CCD对所收集的光进行成像，通过处理即可获得病毒的信息，从而快速地进行病毒检测，解决了现有技术中的检测方法成本高、检测性能不稳定，检测速度慢、灵敏度低，不可直接对低浓度的病毒样品进行检测的技术问题。
【附图说明】
[0014]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一些实施例。
[0015]图1为本申请第一较佳实施方式利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法的流程图；
[0016]图2为图1中所述方法中采用的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0018]实施例一
[0019]图1为本申请第一较佳实施方式利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法的流程图。首先对该方法中采用的装置进行介绍，如图2所示，所述装置包括光源210、线偏振器220、薄膜分束器230、油浸物镜240、芯片基底250、CCD260、过滤器270、微流体泵280和处理器290。CO)全称为Charge-coupled Device，电荷親合元件。如图1所示，所述利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法包括以下步骤:
[0020]步骤110，在芯片基底250的成像区域上镀金薄膜。具体地，在本实施方式中，可以先利用光刻技术在设计好的芯片基底250的成像区域蒸镀厚度为2纳米的铬薄膜，以增加金薄膜与芯片基底250的附着度，然后，再蒸镀厚度为50纳米的金薄膜，为了对病毒进行大视野实时在线成像观测，设计的金薄膜区域为直径等于100 μπι的圆形成像区域，该成像区域与显微物镜的视野一致。在其它实施方式中，也可以直接将所述金薄膜镀在所述芯片基底250的成像区域上。
[0021]另外，每一个成像区域可以完成一次病毒检测，芯片基底250上可以集成多个成像区域，可以降低检测成本。具体地，可使用软光刻技术在3mm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上制备出通道，然后加入厚度为10ym的弹性体垫圈，与芯片基底250 —起组装成微流体通道。芯片基底250上的每个成像区域拥有独立的微流体通道，当一个成像区域使用完毕后，通过平移台移动到下一个成像区域进行再次检测。若使病毒有效捕获在金薄膜上，需将微流体通道的流量控制在lOOyL/min以下，设计微流体通道的尺寸为1mmX 100 μπιΧ 100 μπι(长X宽X高)。将装配好的微流体通道放入可拆卸的芯片基底的固定架中，通上水管及相应电路，并与微流体泵280连接，即可得到完整的微流体芯片系统。通过有效控制微流体通道的流量，即可实现病毒在线捕获。
[0022]步骤120，在金薄膜表面制备病毒抗体。由于表面等离激元具有倏逝波特性，在靠近金薄膜表面的位置处激发场最强，为了对病毒进行有效成像，需要将病毒有效结合在金薄膜表面。本方法中采用抗原-抗体结合的方法将病毒捕获至金薄膜表面，即，在金薄膜上制备相应的病毒抗体，对病毒进行特异性的吸附，实现对病毒的定性检测。病毒芯片上可以制备不同抗体，实现对多种病毒的在线检测。
[0023]步骤130，对待检测液进行过滤。由于待检测液如水质中含有大量不可溶性颗粒物和微生物等大尺寸悬浮物，因此，在线病毒检测的一个重要环节就是将待检测液中大颗粒杂质(包括细菌、真菌、藻类等)滤除，以降低不同杂质对病毒检测过程的干扰。
[0024]在本实施方式中，所述对待检测液进行过滤，具体包括:采用活性炭