一种基于太赫兹波的检测装置及检测系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹波的检测装置和检测系统，通过将太赫兹锥形光纤集成于微流控芯片的传感区流道中，不仅有效地克服了水对太赫兹波的吸收，还解决了太赫兹波和微生物等待测物质之间的尺度失配问题，增强了待测物质与太赫兹波之间相互作用，大大地提高了检测结果的精确度。所述检测装置和检测系统具备结构简单、传输损耗低、尺寸小、倏逝场比例大和灵敏度高等优点，可应用于各类对太赫兹波吸收严重的液体检测中，尤其能作为一种快速高效、无标记和无损的新型微生物检测装置和检测系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹波的检测装置及检测系统
本专利技术涉及太赫兹波
，尤其是一种基于太赫兹波的检测装置及检测系统。
技术介绍
太赫兹波是指频率在0.1-10THz远红外波段的相干电磁辐射，基于太赫兹波的检测方法已经成为了一个重要的研究方向，以微生物检测为例，许多重要生物分子(如蛋白质和DNA)和生物细胞的低频振动(如分子内部与分子间的振动与转动)吸收频率对应于太赫兹波段范围且具有光谱指纹性。分析其太赫兹光谱，就可以研究与低频振动直接相关的空间构象及生物功能等信息。而且，太赫兹波因其光子能量小(0.41-41meV)而不会引起生物细胞的电离化，因而具备安全性。另一方面，水分子在平衡位置附近的平动和转动的弛豫时间处于皮秒(1THz)或亚皮秒量级(5.6THz)，这使得水分子与太赫兹波之间的相互作用异常强烈，由此可通过太赫兹波检测溶质的水化作用，进而分析溶液浓度和生物分子的构象变化。但是现有的基于太赫兹波的检测方法存在着诸多不足有待于克服。主要为：水与太赫兹波的作用过强。在化学和生物学研究中，许多待测物质均存在于液相中，溶液中水分子对太赫兹波强烈的吸收将会导致与待测物质相关的太赫兹特征吸收信号被干扰和湮没。而且，水分子在溶液中所形成的氢键网络也会进一步加大溶液的复杂性与随机性，导致检测结果不准确。此外，如微生物一类待测物质与太赫兹波的相互作用较弱。典型的微生物大小约为1～3μm，约为太赫兹波长的1/100。两者在空间尺度上的失配导致微生物对太赫兹波的瑞利散射较弱，使得太赫兹波的灵敏度较低，难以观测到明显的微生物对太赫兹的响应谱，测得信号的信噪比较低，获得数据的可靠性较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于太赫兹波的检测装置及检测系统，来解决上述问题。为了实现上述的目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种基于太赫兹波的检测装置，包括沿同一方向上依次设置的太赫兹波源、第一耦合光学元件组、微流控锥形光纤、第二耦合光学元件组和太赫兹波探测器，所述微流控锥形光纤包括微流控芯片和太赫兹锥形光纤，所述微流控芯片包括上基底和下基底，所述上基底和下基底相互键合，形成用于容纳样品液的传感区流道，所述太赫兹锥形光纤包括锥腰区，所述锥腰区嵌入所述传感区流道中。其中，所述太赫兹波源用于产生太赫兹波并将所述太赫兹波输入至所述微流控锥形光纤，所述微流控锥形光纤用于使所述太赫兹波与所述传感区流道内的样品液相互作用，并使通过的所述太赫兹波产生透射至所述微流控锥形光纤外的倏逝波，所述太赫兹波探测器用于接收所述微流控锥形光纤输出的太赫兹波，获得所述样品液中的待测物质的太赫兹倏逝波谱信号，所述第一耦合光学元件组和第二耦合光学元件组分别用于聚焦、准直以及耦合所述微流控锥形光纤两端的太赫兹波。优选地，所述微流控锥形光纤还包括用于驱动所述传感区流道中的样品液的辅助泵。优选地，所述微流控锥形光纤还包括用于回收所述感区流道中的样品液的回收单元。优选地，所述太赫兹锥形光纤为太赫兹光纤进行拉锥形成的锥形光纤，所述太赫兹锥形光纤还包括分别连接在所述锥腰区两端的拉锥区。本专利技术还提供了一种基于太赫兹波的检测系统，包括相互连接的计算机和如上所述的检测装置，所述计算机用于采集所述太赫兹波探测器获得的太赫兹倏逝波谱信号，并对所述太赫兹倏逝波谱信号进行分析处理，获得所述样品液中的待测物质响应的太赫兹波谱图。优选地，所述太赫兹波探测器和所述计算机之间还设置有信号放大器，所述信号放大器用于放大所述太赫兹倏逝波谱信号。优选地，所述检测系统还包括光纤飞秒激光器、第一分束器和光学延迟线，其中，所述光纤飞秒激光器用于产生激光束，所述第一分束器用于将所述激光束分为探测光和泵浦光，所述探测光射入所述检测装置的太赫兹波探测器中，所述泵浦光通过所述光学延迟线射入所述检测装置的太赫兹波源，以激发所述太赫兹波源产生太赫兹波。优选地，所述太赫兹波源上还电性连接有偏压模块。优选地，所述检测装置中的太赫兹波源包括红外光源和干涉仪，所述干涉仪包括第二分束器、固定反射镜以及可动反射镜，其中，所述红外光源用于产生包含太赫兹波段的红外光，所述红外光入射至所述干涉仪中，所述第二分束器用于将所述红外光分为分别射向所述固定反射镜和可动反射镜的两束分光束，所述两束分光束分别在固定反射镜和可动反射镜上反射并相互汇聚为所述红外光。优选地，所述红外光源和所述干涉仪之间设置有光阑，所述红外光通过所述光阑入射至所述干涉仪。本专利技术提供的一种基于太赫兹波的检测装置和检测系统，通过将所述太赫兹锥形光纤集成于所述微流控芯片的传感区流道中，不仅有效地克服了水对太赫兹波的吸收，还解决了太赫兹波和微生物等待测物质之间的尺度失配问题，增强了待测物质与太赫兹波之间相互作用，大大地提高了检测结果的精确度。所述检测装置和检测系统具备结构简单、传输损耗低、尺寸小、倏逝场比例大和灵敏度高等优点，可应用于各类对太赫兹波吸收严重的液体检测中，尤其能作为一种快速高效、无标记和无损的新型微生物检测装置和检测系统。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于太赫兹波的检测装置的结构示意图；图2是所述基于太赫兹波的检测装置中的微流控锥形光纤的结构示意图；图3是所述微流控锥形光纤的拆分图；图4是所述太赫兹锥形光纤的结构示意图；图5是实施例1中的一种基于太赫兹波的检测系统的结构示意图；图6是实施例2中的一种基于太赫兹波的检测系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。参阅图1-图4所示，本实施例提供了一种基于太赫兹波的检测装置，包括沿同一方向上依次设置的太赫兹波源1、第一耦合光学元件组2、微流控锥形光纤3、第二耦合光学元件组4和太赫兹波探测器5。所述微流控锥形光纤3包括微流控芯片31和太赫兹锥形光纤32，所述微流控芯片31包括上基底311和下基底312，所述上基底311和下基底312相互键合，形成用于容纳样品液10的传感区流道310，所述样品液10为包含待测物质的液相，所述太赫兹锥形光纤32包括锥腰区321，所述锥腰区321嵌入所述传感区流道310中。其中，所述太赫兹波源1用于产生太赫兹波并将所述太赫兹波输入至所述微流控锥形光纤3，所述微流控锥形光纤3用于使所述太赫兹波与所述传感区流道310内的样品液10相互作用，并使通过的所述太赫兹波产生透射至所述太赫兹锥形光纤32外的倏逝波，所述太赫兹波探测器5用于接收所述微流控锥形光纤3输出的太赫兹波，获得所述样品液10的太赫兹倏逝波谱信号，所述第一耦合光学元件组2和第二耦合光学元件组4分别用于聚焦、准直以及耦合所述微流控锥形光纤3两端的太赫兹波，使所述太赫兹波能完全通过所述太赫兹锥形光纤32。具体地，上述太赫兹倏逝波谱信号指太赫兹波及其产生的倏逝波与所述样品液10作用后，从所述微流控锥形光纤3输出至所述太赫兹波探测器5的太赫兹波对应的信号。微流控(Mic本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太赫兹波的检测装置，其特征在于，包括沿同一方向上依次设置的太赫兹波源(1)、第一耦合光学元件组(2)、微流控锥形光纤(3)、第二耦合光学元件组(4)和太赫兹波探测器(5)，所述微流控锥形光纤(3)包括微流控芯片(31)和太赫兹锥形光纤(32)，所述微流控芯片(31)包括上基底(311)和下基底(312)，所述上基底(311)和下基底(312)相互键合，形成用于容纳样品液(10)的传感区流道(310)，所述太赫兹锥形光纤(32)包括锥腰区(321)，所述锥腰区(321)嵌入所述传感区流道(310)中，其中，所述太赫兹波源(1)用于产生太赫兹波并将所述太赫兹波输入至所述微流控锥形光纤(3)，所述微流控锥形光纤(3)用于使所述太赫兹波与所述传感区流道(310)内的样品液(10)相互作用，并使通过的所述太赫兹波产生透射至所述太赫兹锥形光纤(32)外的倏逝波，所述太赫兹波探测器(5)用于接收所述微流控锥形光纤(3)输出的太赫兹波，获得所述样品液(10)中的待测物质的太赫兹倏逝波谱信号，所述第一耦合光学元件组(2)和第二耦合光学元件组(4)分别用于聚焦、准直以及耦合所述微流控锥形光纤(3)两端的太赫兹波。...

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹波的检测装置，其特征在于，包括沿同一方向上依次设置的太赫兹波源(1)、第一耦合光学元件组(2)、微流控锥形光纤(3)、第二耦合光学元件组(4)和太赫兹波探测器(5)，所述微流控锥形光纤(3)包括微流控芯片(31)和太赫兹锥形光纤(32)，所述微流控芯片(31)包括上基底(311)和下基底(312)，所述上基底(311)和下基底(312)相互键合，形成用于容纳样品液(10)的传感区流道(310)，所述太赫兹锥形光纤(32)包括锥腰区(321)，所述锥腰区(321)嵌入所述传感区流道(310)中，其中，所述太赫兹波源(1)用于产生太赫兹波并将所述太赫兹波输入至所述微流控锥形光纤(3)，所述微流控锥形光纤(3)用于使所述太赫兹波与所述传感区流道(310)内的样品液(10)相互作用，并使通过的所述太赫兹波产生透射至所述太赫兹锥形光纤(32)外的倏逝波，所述太赫兹波探测器(5)用于接收所述微流控锥形光纤(3)输出的太赫兹波，获得所述样品液(10)中的待测物质的太赫兹倏逝波谱信号，所述第一耦合光学元件组(2)和第二耦合光学元件组(4)分别用于聚焦、准直以及耦合所述微流控锥形光纤(3)两端的太赫兹波。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微流控锥形光纤(3)还包括用于驱动所述传感区流道(310)中的样品液(10)的辅助泵。3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述微流控锥形光纤(3)还包括用于回收所述感区流道(310)中的样品液(10)的回收单元。4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述太赫兹锥形光纤(32)为太赫兹光纤进行拉锥形成的锥形光纤，所述太赫兹锥形光纤(32)还包括分别连接在所述锥腰区(321)两端的拉锥区(322)。5.一种基于太赫兹波的检测系统，其特征在于，包括相互连接的计算机(101)和如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文权，鲁远甫，焦国华，佘荣斌，吕建成，张亮，董玉明，魏广路，周志盛，罗阿郁，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44