多波长可调式表面等离子体共振成像装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术设计了一种多波段可调式表面等离子体共振成像装置及其应用，将具有宽带光谱的LED光源发出的光束使用线性滤光片进行滤光成单色光束，再通过准直镜和偏振片，形成p偏振光源，投射到SPR发生装置上，该装置的出射光束由CCD相机进行成像；还可以使用移动平台控制线性滤光片对光源波长进行线性调节，可以获得多波段入射光进行SPR成像，可以对芯片表面所有区域同时进行波段扫描来获得每个区域的共振谱图，以及在保证SPRI成像不发生畸变的条件下，对传感芯片表面每个区域的环境变化所产生的共振谱偏移量进行精确测量。使用该方法，能够使得芯片表面所有区域数据达到最佳灵敏度条件和提高仪器检测的动态范围与灵敏度。

Multi wavelength tunable surface plasmon resonance imaging device and its application

The present invention relates to a multi wavelength tunable surface plasmon resonance imaging device and its application, light LED light source will have a broadband spectrum of linear filters are selected into monochromatic beam through the collimating mirror and a polarizer, the formation of P polarized light source, projected onto the SPR device, the device of the exit beam image by CCD camera; you can also use the mobile platform control of linear filter is linear to adjust the wavelength of the light source, can obtain multi band incident light SPR imaging, can all areas of the surface of the chip and wave section scanning to obtain the resonance spectra of each region, and to ensure that SPRI imaging distortion does not occur under the condition of resonance the sensor chip surface each regional environmental change spectrum offset measurement. Using this method, all the region data of the chip surface can reach the best sensitivity condition and improve the dynamic range and sensitivity of the instrument detection.

【技术实现步骤摘要】
多波长可调式表面等离子体共振成像装置及其应用
本专利技术属于仪器设备领域，具体涉及一种Kretschmann型SPR成像装置及方法。
技术介绍
表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)现象是一种物理现象，是指金属表面存在的自由振动电子在一定条件下被光激发，吸收光的能力发生共振的物理光学过程。当光线从光密介质投射到光疏介质，在入射角大于某个特定的角度(临界角)时，会发生全反射现象。入射光和介质表面法线构成入射面，入射光波的电场可分解成两个相互正交的偏振光分量，一个为在入射面内的横磁波，将其称为TM波或p偏振波；另一个为垂直于入射面，与界面平行的横电波，将其称为TE波或s偏振波。入射光一部分发生反射形成反射光，另一部分则穿透金属表面形成折射波，沿着垂直于界面的方向按指数衰减，又称为消逝波(Evanescentwave)。消逝波在光疏介质中其有效穿透深度一般为200～300nm。其衰减的物理原因是金属内存在自由电子，在电磁波的作用下导致金属内部出现诱导电流，产生了焦耳热，消耗了电磁波的能量，因而波的振幅减弱。消逝波的衰减方向总是与界面垂直，而与入射光的方向无关，但是它的穿透深度与入射光的方向相关。如果在两种介质之间存在几十纳米的金属薄膜(一般为50nm左右的金/银膜)，那么全反射时产生的消逝波的p偏振波将会进入金属薄膜，与金属薄膜中的自由电子耦合，激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波(SurfacePlasmonWave,SPW)。而s偏振光由于与界面平行，因此不会激发产生表面等离子体。当入射光的角度或波长到某一特定值时，入射光的大部分会转换成表面等离子体波的能量，从而使反射光能量大大降低，在反射光谱上出现共振吸收峰，此时入射光的角度或者波长成为共振角或共振波长。表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)传感方法，因其具有无需标记、高灵敏度实时监测等特点，在生物和化学领域有广泛的应用。但是，随着基因阵列、蛋白阵列等生物阵列(即生物芯片)的广泛应用，对单个点折射率测量的传感器越来越不能满足研究的需求，需要有能够探测二维平面的高通量检测方法-即成像检测。而传统的利用SPR的成像方法，即SPM(SurfacePlasmonMicroscopy)，通过固定入射平行光束的波长与入射角度，直接检测整体芯片反射光强度成像，所成的图像灰度值与折射率的对应并不是线性关系，所以只能定性地说明折射率的变化；而且这种方法只能测量变化不大的折射率范围，超过这个范围，两个相同的折射率可能对应不同的灰度值；另外部分使用激光照明的这类装置，由于激光的强烈相干性，严重影响成像效果。表面等离子体共振成像(SurfacePlasmonResonanceImaging)的测量方式常常是采用反射率调制模式(reflectivityinterrogationmode，RIM)，通过固定最佳入射光波长与入射角度来达到仪器工作的最佳灵敏度，来对传感芯片表面的各个区域的分子相互作用进行检测。但是，在金膜表面最优工作点(λ0，θ0)取决于金膜表面对应区域的折射率，每个区域固定的生物分子含量或种类的差异，也会导致各个区域折射率的差异性。使用这种反射率调制模式应用于SPR成像实验，在芯片表面制备的不同探针点区域的数据采集会有很大的数据差异性。更重要的是，采用RIM检测方式，来进行生物传感检测时，随着缓冲体系折射率变化，传感芯片表面折射率变化与仪器响应会很容易超过线性范围，使得该模式下的动态范围较窄。可以通过采用波长调制式或角度调制式解决反射率调制模式下动态范围窄的问题，而且能够对每个样品点的共振峰的偏移量进行精确测量。对于波长调制式和角度调制式的SPRI检测，传感芯片表面每个样品点的灵敏度都是相互独立测定的。为了对芯片表面每个样品点的共振峰的偏移量进行单独的精确测量，必须通过角度或是波长扫描方式来对每个样品点进行扫描测量。在角度调制模式下，随着入射角度的改变，会遭遇到芯片上SPR图像产生畸变；在波长调制模式下，是通过对入射光波长进行扫描或是使用光谱仪作为检测器来获得共振的光谱分布；前者的测量模式可以对2维阵列进行同步扫描检测，具有2维成像能力，而后者提供瞬时光谱信息，但是只能局限于1维阵列的扫描。因此，结合波长调制式与高通量数据采集的SPRI技术仍然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种多波长可调式SPRI成像方法，有效的提高仪器检测动态范围，以及能够对2维阵列上的每个样品区域的共振角(共振波长)偏移量进行精确测定。为实现上述目的，本专利技术提出了一种多波长可调式SPRI成像装置，其中，光源、准直镜、物镜、CCD相机组成SPR成像光路，其特征在于，在光源与准直镜之间设置有滤光片，通过滤光片将光源经过滤光片滤波处理成为一束单色光，并投射到SPR传感芯片上，在对芯片阵列样品点进行检测时，通过使用移动平台对滤光片位置的精确操控，从而来调节入射光波长，通过CCD检测到不同入射光波长条件下的反射光强，使用计算机记录并对数据进行处理。可以进行精确测量得到每个样品点的共振峰位移量，使用该方式同时能提高仪器检测的动态范围。优选地，所述移动平台为压电陶瓷平移台或电动移动平台。更优选地，所述的移动平台为电动移动平台。电动移动平台是一种可以精确稳定控制移动的位移平移台具有精确控制移动距离、高可靠性等优点。本专利技术进一步提出了一种多波长可调式SPRI成像方法，包括如下步骤：(1)在现有的SPRI成像装置的光源与准直镜之间安装滤光片，通过使用电动移动平台调整滤光片的位置，使入射光光束投射到滤光片不同滤波区域，然后记录随着位移台的移动，入射光波长也会发生变化，因此与芯片每个区域的偶合程度发生变化，导致反射光强的变化，通过计算机处理和拟合出每个样品点的共振峰偏移量。(2)利用移动平台来进行精确滤波处理，对每个样品点共振峰偏移量进行测定，其中：通过将滤光片装载到可精确控制位移量的电动平台上，并组装到光源与准直镜接口之间，入射光首先投射到滤光片上，使用滤光片对光源进行滤波后形成的单色光束投射在耦合了棱镜的金膜上。此时通过计算机控制移动平台进行由内至外的螺旋式移动，滤光片随着移动平台的移动而进行偏移，且光源位置始终保持固定，这样可以使得滤光片各个不同滤波区域连续经过光源光束，进而来对光源进行滤波处理，来得到一系列不同波长的光束。当固定入射角度，以不同波长的光束投射到SPRI传感芯片表面时，消逝波和金属内部电子产生的耦合程度不同，导致光强减弱程度不同，最后反射光光强也就不同。因此不同波长对应着不同的反射光强。通过记录入射光波长与反射光强信号，并进行处理得到传感芯片表面各个区域的反射率曲线，并得到SPRI图像形状不变的良好成像图。由于传统多波长调节表面等离子体共振成像装置是通过采用多个单色光源进行并联后形成多波长入射光源发射器，或者使用具有多波段的卤素灯为光源，使用波长扫描装置对复色光的波长进行扫描，完成多波长可调式SPRI成像结构。采用这两种方式会引起波长调制仪器构造复杂，而且卤素灯在使用过程中会产生温度漂移，会引起较高的基线噪音。所以通过采用该方式能够使波长可调式表面等离子体共振成像装置大大简便，而且获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波段可调式表面等离子体共振成像装置，其中：光源、准直镜、物镜、CCD相机组成表面等离子共振成像光路，其特征在于，所述光源与准直镜中间设置有滤光片，通过滤光片将光源发射的光滤波成单色光源；所述滤光片设置在移动平台上，用于控制滤光片位置的移动。

【技术特征摘要】
2017.04.18 CN 20171025273761.一种多波段可调式表面等离子体共振成像装置，其中：光源、准直镜、物镜、CCD相机组成表面等离子共振成像光路，其特征在于，所述光源与准直镜中间设置有滤光片，通过滤光片将光源发射的光滤波成单色光源；所述滤光片设置在移动平台上，用于控制滤光片位置的移动。2.根据权利要求1所述的多波段可调式表面等离子体共振成像装置，其特征在于，所述滤光片为线性可变带通滤光片或线性可变边缘滤光片。3.根据权利要求1所述的多波段可调式表面等离子体共振成像装置，其特征在于，所述移动平台为压电陶瓷平移台或电动移动平台。4.根据权利要求1所述的多波段可调式表面等离子体共振成像装置，其特征在于，滤光片通过连接杆与电动位移台装配到一起。5.一种多波段可调式表面等离子体共振成像方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在SPRI成像装置的光源与准直镜之间安装滤光片，通过使用电动移动平台调整滤光片的位置，使入射光光束投射到滤光片不同滤波区域，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：许丹科，贾文超，李慧，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32