一种基于光学谐振腔的微生物传感器及其检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光学谐振腔的微生物传感器及其检测方法。本发明专利技术的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，包括光源、Fabry‑Perot光学谐振腔和检测设备，Fabry‑Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层，检测设备能够接收被Fabry‑Perot光学谐振腔反射或透射后的探测光束。其有益效果是：与传统的菌落培养和计数方法相比，由于Fabry‑Perot光学谐振腔的透射谱或反射谱对腔内物质敏感，因此可以在菌落形成的初期即可检测到，具有快速检测、误差小的优点；本发明专利技术的传感器可以直接检测菌落、并对菌落进行计数，因此更为直观、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光学谐振腔的微生物传感器及其检测方法，可应用于生化分析、生物医学和食品检验等领域。
技术介绍
食品中的微生物含量检测，最常用的方法是：将取样样品放入培养基中培养，使微生物长成菌落，通过计算菌落的数目可以获知微生物的含量。但是菌落的成长过程很缓慢(通常需要24～48小时)，因此检测过程很费时。为了提高检测速度，目前的微生物快速检测的方法主要有：ATP法、免疫法、阻抗法、及显色培养基法等。但是这些方法是间接测试(如测试微生物的代谢物)，而非直接对微生物进行观测和计数，因此存在测试误差大和假阳性等不足之处。综上，设计一种新型的传感器及其检测方法，使其满足微生物的快速检测和计数，并具有高灵敏度和低成本，是本专利技术的创研动机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现快速检测、灵敏度高和成本低的一种基于光学谐振腔的微生物传感器及其检测方法。本专利技术的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其技术方案是：一种基于光学谐振腔的微生物传感器，包括光源、Fabry-Perot光学谐振腔和检测设备，Fabry-Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层，检测设备能够接收被Fabry-Perot光学谐振腔反射或透射后的探测光束。其中，微生物传感器还包括位于光源与Fabry-Perot光学谐振腔之间的光学透镜。其中，微生物传感器还包括位于Fabry-Perot光学谐振腔与检测设备之间的光学透镜。其中，培养基薄层是单层或多层结构。其中，检测设备是光电探测器、CCD图像传感器、光纤锥或光学显微镜中的一种或几种。其中，光源发射的探测光束的波长与Fabry-Perot光学谐振腔的谐振波长相差0～50nm。其中，Fabry-Perot光学谐振腔包括两个平行的反射镜和密封层。其中，反射镜是在透明衬底上镀介质膜或者金属膜形成的反射镜，金属膜是A1膜、Ag膜、Au膜或Pt膜中的一种，透明衬底是石英玻璃片。其中，反射镜是布拉格光学反射镜，布拉格光学反射镜通过交替生长不同折射率的Si/SiO2膜、TiO2/SiO2膜或GaAs/A1GaAs膜得到。本专利技术还提供了一种基于光学谐振腔的微生物传感器的检测方法，包括以下步骤：(1)、选用能够发射探测光束的光源和Fabry-Perot光学谐振腔，探测光束的波长与Fabry-Perot光学谐振腔的谐振波长相差0～50nm；Fabry-Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层，在培养基薄层上涂覆或者混合含有微生物的样品，并保持培养基薄层的表面平坦光滑；(2)、将光源发射的探测光束经光学透镜扩束后，以平行光的形式入射到Fabry-Perot光学谐振腔上，检测设备接收被Fabry-Perot光学谐振腔反射或透射后的探测光束；(3)、当微生物长成菌落时，菌落区域的光学特性会发生变化，透过Fabry-Perot光学谐振腔或被Fabry-Perot光学谐振腔反射的探测光束的强度会发生变化，探测光束呈现明暗分布的光斑；每个光斑对应一个菌落，通过对光斑数量或者光斑密度的检测来实现微生物的数量或浓度的检测。光探测器是光强传感器或者图像传感器。光学特征是光学折射率、吸光系数、厚度或表面粗糙度等信息。本专利技术的基于光学谐振腔的微生物传感器及其检测方法，具有以下的技术效果：与传统的菌落培养和计数方法相比，由于Fabry-Perot光学谐振腔(下文简称FP腔)的透射谱(或反射谱)对腔内物质敏感，因此可以在菌落形成的初期(此时肉眼无法觉察)即可检测到，具有快速检测、误差小的优点；与目前其他快速检测方法(如ATP法、免疫法、阻抗法、以及显色培养基法等间接测试方法)相比，本专利技术的方法是直接检测菌落、并对菌落进行计数，因此更为直观、可靠。探测光束的波长与FP腔的谐振波长相近，当探测光束波长与谐振波长相差0～50nm时，此时透过FP腔(或被FP腔反射)的光强对腔内物质的光学特性变化最为灵敏。特别是适用于食品中微生物的快速检测，附图说明图1为本专利技术的一种基于光学谐振腔的微生物传感器实施例一的结构示意图。图2为本专利技术的一种基于光学谐振腔的微生物传感器另一实施例的结构示意图。具体实施方式下面将结合实施例以及附图对本专利技术加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。参见图1和图2所示，本专利技术提供的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，包括光源1、Fabry-Perot光学谐振腔和检测设备，Fabry-Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层6，培养基薄层6可以是单层或多层结构，检测设备能够接收被Fabry-Perot光学谐振腔反射或透射后的探测光束2。根据Fabry-Perot光学谐振腔的工作原理，只有波长接近谐振波长λk的光才能透过谐振腔。由于光学谐振腔对腔内物质的光学特性(如折射率、吸光度、粗糙度、浊度、散射等参数)非常敏感，利用光学谐振腔来监测微生物的生长，具有灵敏度高和快速的特点。优选地，Fabry-Perot光学谐振腔包括两个平行的反射镜和密封层7。反射镜是在透明衬底上镀介质膜或者金属膜形成的反射镜，透明衬底可以是石英玻璃片，金属膜是Al膜、Ag膜、Au膜或Pt膜中的一种。反射镜还可以是布拉格光学反射镜，布拉格光学反射镜通过交替生长不同折射率的Si/SiO2膜、TiO2/SiO2膜或GaAs/AlGaAs膜得到。光探测器可以选择光强传感器或者图像传感器，例如可以是光电探测器、CCD图像传感器、光纤锥或光学显微镜中的一种或几种。光源发射的探测光束2的波长与Fabry-Perot光学谐振腔的谐振波长相差0～50nm，此时透过FP腔(或被FP腔反射)的光强对腔内物质的光学特性变化最为灵敏。微生物传感器还包括位于光源1与Fabry-Perot光学谐振腔之间的光学透镜3。优选地，如图2所示，微生物传感器还包括位于Fabry-Perot光学谐振腔与检测设备之间的光学透镜3。本专利技术的基于光学谐振腔的微生物传感器，检测过程及原理如下，在培养基薄层上涂覆或者混合含有微生物样品，当微生物未开始生长时，培养基薄层的表面平坦光滑；当微生物长成菌落9时，该区域的光学折射率、吸光系数、厚度或表面粗糙度等光学特性会发生变化，透过FP腔(或被FP腔反射)的探测光束2强度发生变化，探测光束2呈现明暗分布的光斑；每个光斑对应一个菌落，对菌落计数可以通过对光斑计数来实现，光斑的数量(和密度)对应着微生物的数量(和浓度)。对于不含微生物的区域的培养基薄层，该区域的光学特性保持稳定，该区域的FP腔透光强度(或反射光强度)保持稳定。由于FP腔的透射谱对腔内物质的光学特性变化非常灵敏，在菌落形成的初期，就可以观测到光斑的产生，从而实现快速检测。并且，在菌落形成的初期，由于菌落之间未发生合并，可以降低菌落的计数误差。本专利技术具有直接观测计数、高灵敏度、以及快速检测的特点。本专利技术还提供了一种基于光学谐振腔的微生物传感器的检测方法，包括以下步骤：(1)、选用能够发射探测光束2的光源1和Fabry-Perot光学谐振腔(如上述结构所示)，探测光束2的波长与Fabry-Perot光学谐振腔的谐振波长相差0～50nm；Fabry-Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层6，在培养基薄层6上涂覆或者混合含有微生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：包括光源、Fabry‑Perot光学谐振腔和检测设备，所述Fabry‑Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层，检测设备能够接收被Fabry‑Perot光学谐振腔反射或透射后的探测光束。

【技术特征摘要】
2016.05.25 CN 20161039195721.一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：包括光源、Fabry-Perot光学谐振腔和检测设备，所述Fabry-Perot光学谐振腔内设置有培养基薄层，检测设备能够接收被Fabry-Perot光学谐振腔反射或透射后的探测光束。2.根据权利要求1所述的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：所述微生物传感器还包括位于光源与Fabry-Perot光学谐振腔之间的光学透镜。3.根据权利要求2所述的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：所述微生物传感器还包括位于Fabry-Perot光学谐振腔与检测设备之间的光学透镜。4.根据权利要求1所述的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：所述培养基薄层是单层或多层结构。5.根据权利要求1所述的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：所述检测设备是光电探测器、CCD图像传感器、光纤锥或光学显微镜中的任一种或任几种。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：光源发射的探测光束的波长与Fabry-Perot光学谐振腔的谐振波长相差0～50nm。7.根据权利要求6所述的一种基于光学谐振腔的微生物传感器，其特征在于：所述Fabry-Perot光学谐振腔包括两个平行的反射镜和密封层...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，渠波，李雪晶，杨智博，张骥，白敏，
申请(专利权)人：黄辉，渠波，李雪晶，
类型：发明
国别省市：辽宁;21