一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法，包括：宽谱光源系统、光束整型系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统；光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜；所述宽谱光源系统、所述针孔阵列、所述准直透镜阵列、所述传感芯片系统和所述会聚透镜由下至上依次平行设置；宽谱光源系统包括多个宽谱光源，针孔阵列包括多个针孔，准直透镜阵列包括多个透镜，传感芯片系统包括多个传感单元；宽谱光源、所述针孔、所述透镜和所述传感单元上下对应设置。本发明专利技术实施例采用上述结构同时对多个样品进行光学检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。

A multi-element and multi-parameter nanophotonic sensing system and method

【技术实现步骤摘要】
一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法
本专利技术涉及传感检测
，更具体地，涉及一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统及方法。
技术介绍
随着微电子芯片和信息技术的发展，以智能手机、平板电脑为代表的移动智能终端成为人们生活中必不可少的工具。移动智能终端强大的数据处理能力使繁琐的实验步骤在手机内部即可完成，大大压缩了进行实验的时间和资金成本。也因此，基于智能终端的各种生化传感和家庭诊疗微系统逐步进入了人们的生活中。另一方面，局域表面等离子体共振(LocalizedSurfacePlasmonResonance，简称：LSPR)传感技术与微流控芯片技术的集成也成为了目前微流控光学传感领域的热点问题，已被广泛应用于蛋白质组学、药物研发、临床诊断、食品安全和环境监测等领域，较大地提高了检测效率。然而，随着科研领域范围日益扩大，在医学、卫生、食品、环境科学等方面所需检测的样品种类与数量也随之增加。目前，基于移动智能终端的单通道光谱仪在一定程度上能减少实验环境约束并降低检测成本，但是单通道光谱仪一次只能检测单个样品，实际检测效率低下，检测数量受到限制。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的传感特性检测系统。本专利技术实施例一方面提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，该系统包括：宽谱光源系统、光束整型系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统。光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜；其中，宽谱光源系统、针孔阵列、准直透镜阵列、传感芯片系统和会聚透镜由下至上依次平行设置；宽谱光源系统包括多个宽谱光源，针孔阵列包括多个针孔，准直透镜阵列包括多个准直透镜，传感芯片系统包括多个传感单元；宽谱光源、针孔、准直透镜和传感单元上下对应设置；光谱仪系统用于将经过所述光束整型系统以及所述传感芯片系统的光信号转化为电信号；信号记录与分析系统用于根据所述电信号获取位于所述传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。本专利技术实施例另一方面提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测方法，该方法包括以下步骤：将传感芯片系统设置于准直透镜阵列和会聚透镜之间的设定位置，并获取暗场光信号，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块对暗场信号进行分析，获取暗场光谱；开启宽谱光源系统；将参考样品置于传感芯片系统中的传感单元，将传感芯片系统置于准直透镜阵列和会聚透镜之间的设定位置，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取参考样品光谱；清除位于传感芯片系统上的参考样品；将待测样品置于传感芯片系统后，将传感芯片系统通过暗盒的取放口，设置于设定位置；通过信号记录与分析系统的数据处理模块第一子模块获取待测样品光谱；利用数据处理模块将获取的暗场光谱、参考光谱和被测样品信号光谱进行分析计算，通过信号记录与分析系统的数据处理模块第二子模块获取待测样品的透射光谱传感特性。本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，结合光谱仪的构成特点与智能终端相机构成原理，再利用光栅分光原理，将智能终端的图像传感器与光栅结合，构成基于智能终端的光谱仪，这样可有效缩小光谱仪尺寸；并通过设置同传感芯片系统一一对应的宽频光源、针孔阵列和准直透镜阵列，实现了同时对多个样品进行光学检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的结构展开示意图；图2为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的整体装配示意图；图3为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的宽频光源系统结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的针孔阵列结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的准直透镜阵列结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的传感芯片系统结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的会聚透镜系统结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的透射光栅及其固定结构示意图；其中：1：移动终端；2：移动终端支架；3：透射光栅卡槽；4：透射光栅固定结构；5：会聚透镜系统；6：传感芯片系统；7：准直透镜阵列；8：针孔阵列；9：宽谱光源系统；10：暗盒；11：支架；12：透射光栅；41：移动终端卡槽；42：透射光栅卡槽；43：透镜通孔；51：会聚透镜固定模块；52：会聚透镜；61：传感芯片基片；62：微流控盖片；63：微流控导管；64：样品入口；65：微流控微腔；66：样品出口；67：传感单元；71：准直透镜隔板；72：准直透镜；73：准直透镜固定模块；81针孔隔板；82：针孔；83：针孔固定模块；91：电路板；92：LED光源阵列；93：USB接口。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统的结构展开示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，该系统包括：宽谱光源系统9、光束整型系统、传感芯片系统6、光谱仪系统和信号记录与分析系统；光束整形系统包括：针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5；其中，宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7、传感芯片系统6和会聚透镜系统5由下至上依次平行设置；宽谱光源系统9包括多个宽谱光源，针孔阵列8包括多个针孔82，准直透镜阵列7包括多个透镜，传感芯片系统6包括多个传感单元67；宽谱光源、所述针孔82、所述准直透镜和所述传感单元67上下对应设置；光谱仪系统用于将经过光束整型系统以及传感芯片系统6的光信号转化为电信号；信号记录与分析系统用于根据电信号获取位于传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。具体地，宽谱光源系统9可以是LED光源，也可以是目前市场上所存在的其他可以产生宽谱光的发光体，在本专利技术的所有实施例中均选取LED光源，作为宽谱光源系统9的发光体，并将该LED光源的个数指定为9个。进一步地，该宽频光源是可以实现功率连续可调的，其为整个传感性能检测系统提供光源。本专利技术实施例对宽谱光源系统9的类型和数量不作具体限定，以下仅以类型为LED光源，数量为9个为例进行说明。在上述实施例的基础上，本专利技术实施例提供的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，光束整形系统包括：针孔阵列8、准直透镜阵列7和会聚透镜系统5；相应地，该宽谱光源系统9、针孔阵列8、准直透镜阵列7、传感芯片系统6和会聚透镜系统5由下至上依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，包括：宽谱光源系统、光束整型系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统；所述光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜系统；其中，所述宽谱光源系统、所述针孔阵列、所述准直透镜阵列、所述传感芯片系统和所述会聚透镜系统由下至上依次平行设置；所述宽谱光源系统包括多个宽谱光源，所述针孔阵列包括多个针孔，所述准直透镜阵列包括多个透镜，所述传感芯片系统包括多个传感单元；所述宽谱光源、所述针孔、所述准直透镜和所述传感单元上下对应设置；所述光谱仪系统用于将经过所述光束整型系统以及所述传感芯片系统的光信号转化为电信号；所述信号记录与分析系统用于根据所述电信号获取位于所述传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。

【技术特征摘要】
1.一种多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，包括：宽谱光源系统、光束整型系统、传感芯片系统、光谱仪系统和信号记录与分析系统；所述光束整形系统包括：针孔阵列、准直透镜阵列和会聚透镜系统；其中，所述宽谱光源系统、所述针孔阵列、所述准直透镜阵列、所述传感芯片系统和所述会聚透镜系统由下至上依次平行设置；所述宽谱光源系统包括多个宽谱光源，所述针孔阵列包括多个针孔，所述准直透镜阵列包括多个透镜，所述传感芯片系统包括多个传感单元；所述宽谱光源、所述针孔、所述准直透镜和所述传感单元上下对应设置；所述光谱仪系统用于将经过所述光束整型系统以及所述传感芯片系统的光信号转化为电信号；所述信号记录与分析系统用于根据所述电信号获取位于所述传感芯片上待测样品的透射光谱传感特性。2.根据权利要求1所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述针孔阵列用于通过所述针孔限制通过所述针孔阵列的所述宽谱光源的光束；所述准直透镜阵列用于通过所述透镜准直由所述针孔通过的光束，并将准直后的光束垂直通过所述传感芯片系统中的所述传感单元；所述会聚透镜用于将通过所述传感芯片系统的光束会聚，进入所述光谱仪系统；所述光谱仪系统包括透射光栅和拍照单元；其中，所述透射光栅与宽谱光源的光轴成设定角度设置于所述会聚透镜上方。3.根据权利要求1所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述宽谱光源系统还包括：电路板；多个所述宽谱光源中的一个宽谱光源设置于所述电路板的中心，多个所述宽谱光源中的其余宽谱光源沿以所述电路板的中心为圆心的圆的圆周上均匀分布设置。4.根据权利要求2所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述透射光栅为衍射光栅，所述衍射光栅的线数大于1200lines/mm。5.根据权利要求1所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述传感芯片系统还包括：基底和微流通道；其中，所述传感单元固设于所述基底上，所述微流通道用于将所述待测样品注入或流出所述传感单元；其中，所述传感单元包括：纳米颗粒阵列、纳米孔阵列或纳米光栅阵列中的一种或多种的结合。6.根据权利要求2所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述拍照单元包括透镜和电荷耦合元件；所述透镜用于接收通过所述传感芯片系统的光信号，并将所述光信号会聚至所述电荷耦合元件；所述电荷耦合元件用于将所述光信号转化为电信号。7.根据权利要求6所述的多单元多参数纳米光子学传感特性检测系统，其特征在于，所述信号记录与分析系统设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿照新，范志远，王朝阳，吕诗雅，
申请(专利权)人：中央民族大学，
类型：发明
国别省市：北京,11