高灵敏度红外波段SPR生物传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种高灵敏度红外波段SPR生物传感器，属于生物传感技术领域。卤钨灯提供宽带光源，采用多模光纤进行光的传输，利用准直透镜将光入射到镀有金属薄膜的棱镜，从而产生SPR效应，输出光信号通过光谱仪传入电脑，通过编写的软件程序对实验数据进行处理、分析和存储。通过本发明专利技术阐述的方法可以对传感系统的灵敏度进行大幅度提升，当SPR信号的波长范围处于红外波段时，相比于可见光波段SPR的灵敏度可以提升一个数量级。此外，由于本发明专利技术采用的棱镜SPR传感元件具有良好的实时响应性和稳定性，因此本发明专利技术可以实现高灵敏度、高分辨率、高精度检测，可用于微浓度蛋白、生物小分子及细胞特征的实时快速检测。

【技术实现步骤摘要】
高灵敏度红外波段SPR生物传感器
本专利技术属于生物传感
，利用基于棱镜结构的表面等离子体共振(SPR)传感元件，将检测信号调谐至红外波段，涉及到表面等离子体共振(SPR)原理。整个系统结构简单，容易操作，可以实现对生物样品高灵敏度高分辨率的测量，在生物小分子传感领域具有广泛应用前景。
技术介绍
表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)传感技术是一种新型的光电检测技术。当光入射到镀有一定厚度金属薄膜的棱镜表面时，会发生全反射现象，在满足一定条件时，形成的消逝波与介质中的等离子波发生共振效应，因此入射光强度大幅度衰减，即为SPR效应。由于它对吸附在金属表层的介质折射率具有良好的敏感性和动态响应性，因此能够检测传感表面与折射率有关的变化(如生物分子结合过程等)。与传统传感器相比，SPR传感器具有抗电磁干扰、稳定性好、响应速度快等优点，已经在医学、生物、化学等许多重要领域得到广泛应用。目前SPR传感器由于其灵敏度和分辨率的限制，因此在蛋白小分子结合和细胞特性检测领域具有一定的局限性，因此实现高灵敏度探测是目前SPR检测技术的发展趋势。目前，多数SPR传感器多应用于大分子检测领域，只能检测大分子量的生物样品，因此，设计高灵敏度高分辨率的SPR传感器成为小分子检测领域的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高灵敏度、高分辨率的棱镜式SPR生物传感器。该传感器基于SPR传感原理，通过对光源入射角进行调谐，可以改变SPR检测信号的波长范围。当SPR检测信号处于红外波段时，可以大幅度提高SPR检测信号的灵敏度。相比于常见的可见光波段SPR传感器，该专利技术可以提高一个数量级的灵敏度，从而实现了高灵敏度、快速响应的蛋白质检测，在生物小分子传感领域具有广泛应用前景。本专利技术的技术方案：高灵敏度红外波段SPR生物传感器，其传感区包括棱镜1、金属薄膜2和待测样品3，棱镜1上溅射一层45-55nm金属薄膜2，流通池安装在溅射有金属薄膜2的棱镜1侧；宽带光源10提供入射光，通过多模光纤14导出，再经过准直透镜11以一定的光源入射角6射入棱镜1，在传感区表面发生SPR效应，出射光5再经准直透镜11由多模光纤14传入光谱仪12中，数据经USB数据线15导入电脑13；将流通池9固定于金属薄膜2表面，待测样品3通过样品进液口7导入，从样品出液口8导出，实现待测样品3检测；通过改变光源入射角6，调节SPR检测信号的波长范围，增大光源入射角，SPR波长向长波方向漂移，提高SPR检测信号灵敏度。所述的光源入射角6小于90度。本专利技术的有益效果：本专利技术通过改变光源入射角度，可以对SPR检测信号实现波长调谐，从而可调谐SPR信号的灵敏度，大幅度提升SPR传感器灵敏度，相比于普通可见光波段的SPR传感器，该专利技术灵敏度可提升一个数量级。此外，本专利技术采用的棱镜式SPR传感元件具有良好的稳定性和精确度，可实现高灵敏度、高分辨率、高精度的实时快速检测。该专利技术无需抛光研磨，激光加工，化学腐蚀，生化膜系合成等手段，制作工艺简单，操作方便快捷，可以实现微浓度、小分子样品的SPR高灵敏度检测，在生物化学检测领域具有很好的前景。附图说明图1为棱镜式传感元件示意图。图2为SPR检测系统图。图3为折射率检测示意图。图4为不同波段SPR灵敏度对比图。图中：1棱镜；2金属薄膜；3待测样品；4入射光；5出射光；6光源入射角；7样品进液口；8样品出液口；9流通池；10宽带光源；11准直透镜；12光谱仪；13电脑；14多模光纤；15USB数据线。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。实施例1.制备工艺1)利用磁控溅射技术在棱镜1一侧表面沉积为50nm的金属薄膜，并固定于支架上；2)将流通池9安装在棱镜1表面，用于待测样品3传输；3)采用SMA905作为连接器，多模光纤14将宽带光源10的光导入准直透镜11中，并将光束投射至棱镜1表面，光源入射角小于90度；4)从棱镜1出射出的光再次经过准直透镜11，经多模光纤14导入光谱仪12；5)利用USB数据线15将光谱仪12中的数据传入电脑13，用于数据处理和分析。2.操作1)测试装置如图2所示。实验进行前，当没有通入待测样品3时，保持传感器干燥，分别点亮/熄灭光源，通过光谱仪12采集背景光谱/暗光谱；2)利用蠕动泵将待测样品3通入流通池9中，光在传感表面发生SPR效应，对待测样品3进行检测；3)对数据进行记录，每5秒记录一组，并存储；4)如图3所示，通入不同折射率的待测样品3时，该系统具有良好的折射率响应，当SPR信号对应1550nm波段时，折射率灵敏度为4985nm/RIU(单位折射率)；5)减小光源入射角，相应调整光路，可以对SPR信号的波长向红外波段调谐，如图4所示，随着SPR信号的波长增大，传感灵敏度大幅度提高，波长范围在1550nm波段时，SPR的信号灵敏度相对于可见光波段可以提高一个数量级。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度红外波段SPR生物传感器，其特征在于，其传感区包括棱镜(1)、金属薄膜(2)和待测样品(3)，棱镜(1)上溅射一层45‑55nm金属薄膜(2)，流通池安装在溅射有金属薄膜(2)的棱镜(1)侧；宽带光源(10)提供入射光，通过多模光纤(14)导出，再经过准直透镜(11)以一定的光源入射角(6)射入棱镜(1)，在传感区表面发生SPR效应，出射光(5)再经准直透镜(11)由多模光纤(14)传入光谱仪(12)中，数据经USB数据线(15)导入电脑(13)；将流通池(9)固定于金属薄膜(2)表面，待测样品(3)通过样品进液口(7)导入，从样品出液口(8)导出，实现待测样品(3)检测；通过改变光源入射角(6)，调节SPR检测信号的波长范围，增大光源入射角，SPR波长向长波方向漂移，提高SPR检测信号灵敏度。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度红外波段SPR生物传感器，其特征在于，其传感区包括棱镜(1)、金属薄膜(2)和待测样品(3)，棱镜(1)上溅射一层45-55nm金属薄膜(2)，流通池安装在溅射有金属薄膜(2)的棱镜(1)侧；宽带光源(10)提供入射光，通过多模光纤(14)导出，再经过准直透镜(11)以一定的光源入射角(6)射入棱镜(1)，在传感区表面发生SPR效应，出射光(5)再经准直透镜(11)由多模光纤(14)传入光谱仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟，陈诗蒙，刘云，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21