一种局域表面等离子体共振生物传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种局域表面等离子体共振生物传感装置，包括：激光源；第一线性偏振器，用于使探测激光线性偏振；等离子体微阵列生物芯片，接收线性偏振后的探测激光；光热激发组件，用于输出光波并作用于等离子体微阵列生物芯片的光波导阵列；光学干涉组件，用于将等离子体微阵列生物芯片透射出的激光生成满足干涉条件的双光束；远心镜头；成像芯片，用于获取双光束干涉而成的激光散斑图像。通过采用激光作为激发源，在局部表面等离子体共振时产生表面增强弹性散射，LSPR相位得到了放大，同时伴有光热激发组件提高氮化钛纳米立方体附近的局部温度，利用激光散斑对局部折射率变化的敏感性来解析出更为精准的相位。感性来解析出更为精准的相位。感性来解析出更为精准的相位。

【技术实现步骤摘要】
一种局域表面等离子体共振生物传感装置


[0001]本专利技术涉及生物传感
，特别涉及一种局域表面等离子体共振生物传感装置。

技术介绍

[0002]表面等离子共振成像(SPRi)是一种成熟的无标记生物传感技术，具有公认的性能和准确性。现有的SPRi生物传感器通常采用Kretschmann配置设计和制造，该配置由薄金属金膜涂层玻璃棱镜组成，使用后发现存在两大问题，(1)测量方法精度有限，一方面当测量光强变化时其灵敏度并不在共振发生的角度，令其灵敏度下降，另一方面方面如果是测量角度变化又涉及测量转角的精度限制，而测量激光的相位又因共振发生消光效应令信号减弱；(2)成像效果强差人意，现有的SPR成像系统一般使用全反射式光路，入射角和反射角的角度都很大，而一般摄像机和光学镜头都是平面成像，成像的景深有限，所以SPR成像生物传感器也就最多32个通道，导致生物传感通道的数量受限。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种局域表面等离子体共振生物传感装置，可提高测量精度与成像效果。
[0004]根据本专利技术实施例的一种局域表面等离子体共振生物传感装置，包括：激光源，用于输出探测激光；第一线性偏振器，设置于所述激光源的前方，用于使所述探测激光线性偏振；等离子体微阵列生物芯片，设置于所述第一线性偏振器的前方以接收所述线性偏振后的探测激光，所述等离子体微阵列生物芯片包括透明基底以及设置在所述透明基底中部的光波导阵列和微流体通道，所述光波导阵列的光波导侧表面上具有氮化钛纳米立方体；光热激发组件，用于输出光波并作用于所述等离子体微阵列生物芯片的光波导阵列；光学干涉组件，设置于所述等离子体微阵列生物芯片的前方，用于将所述等离子体微阵列生物芯片透射出的激光生成满足干涉条件的双光束；远心镜头，设置于所述光学干涉组件的输出侧，用于所述双光束的聚焦；成像芯片，设置于所述远心镜头的尾部，用于获取双光束干涉而成的激光散斑图像。
[0005]根据本专利技术实施例的局域表面等离子体共振生物传感装置，至少具有如下有益效果：
[0006]通过采用激光作为激发源，作用于等离子体微阵列生物芯片上的氮化钛纳米立方体，在局部表面等离子体共振时产生表面增强弹性散射，LSPR相位得到了放大，同时伴有光热激发组件提高氮化钛纳米立方体附近的局部温度，增强了靶
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受体相互作用的特异性，并由光学干涉组件、远心镜头、成像芯片获取双重增强后的激光散斑图像，利用激光散斑对局部折射率变化的敏感性来解析出更为精准的相位。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，所述激光源与所述第一线性偏振器之间设置有准直单元。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述准直单元为平凸透镜，所述激光源的输出端连接有单模光纤，所述单模光纤的出口位于所述平凸透镜的焦点位置。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述激光源为单模640nm激光二极管，所述单模640nm激光二极管的外壳连接有第一温度传感器和第一热电冷却器，所述第一温度传感器、第一热电冷却器分别与第一温度控制器电性连接。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述光热激发组件为发光二极管。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述光学干涉组件包括分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜，所述分光棱镜的入光面正对所述等离子体微阵列生物芯片，所述第一反射镜、第二反射镜分别位于所述分光棱镜的第一干涉端口、第二干涉端口。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述第一反射镜设置于可手动微调距离的活动支架上，所述第二反射镜设置于压电陶瓷移相器上。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述光学干涉组件与所述远心镜头之间设置有第二线性偏振器，所述第二线性偏振器的偏振方向相对所述第一线性偏振器的偏振方向旋转90度。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述远心镜头与所述第二线性偏振器之间设置有窄通激光滤波片。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述成像芯片的外壳连接有第二温度传感器和第二热电冷却器，所述第二温度传感器、第二热电冷却器分别与第二温度控制器电性连接。
[0016]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0018]图1为本专利技术实施例的局域表面等离子体共振生物传感装置原理示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例的局域表面等离子体共振生物传感装置内部结构示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例的局域表面等离子体共振生物传感装置外形图；
[0021]图4a、图4b分别是单模激光二极管在8小时周期内记录的温度波形图、温度变化分布图；
[0022]图5a、图5b分别是CMOS成像芯片在8小时周期内记录的温度波形图、温度变化分布图；
[0023]图6是感兴趣区域中700*700像素转换为灰度的原始强度图；
[0024]图7是在充满蒸馏水的感兴趣区域中的700*700像素转换为灰度的相位图；
[0025]图8是填充有1％氯化钠溶液的感兴趣区域中700*700像素转换为灰度的相位图；
[0026]图9是选择的像素历史，随着折射率从蒸馏水变为1％NaCl溶液，有和没有LED光泵浦；
[0027]图10为选择的像素相位记录，使用光波导阵列监测的生物素(100ug/mL)
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链霉亲和素(1nM)生化反应；
[0028]图11是选择的像素历史记录，在有和没有光泵浦的条件下检测的生物素
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链霉亲和素生化(100ug/mL生物素和1nM链霉亲和素)反应；
[0029]图12是部分嵌入PMMA基板中用于FDTD计算的45纳米氮化钛纳米立方体(TiNC)的几何模型；
[0030]图13是45纳米氮化钛纳米立方体(TiNC)的远场散射图案和相同的45纳米TiNC的远场散射图。
[0031]附图标号：
[0032]激光源101、第一线性偏振器102、等离子体微阵列生物芯片103、光热激发组件104、远心镜头105、成像芯片106、亚光黑色阳极氧化铝外壳107、准直单元108、单模光纤109、第一温度控制器110、分光棱镜111、第一反射镜112、第二反射镜113、压电陶瓷移相器114、第二线性偏振器115、窄通激光滤波片116、第二温度控制器117、相性直流电源118、MCU单片机119。
具体实施方式
[0033]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种局域表面等离子体共振生物传感装置，其特征在于，包括：激光源，用于输出探测激光；第一线性偏振器，设置于所述激光源的前方，用于使所述探测激光线性偏振；等离子体微阵列生物芯片，设置于所述第一线性偏振器的前方以接收所述线性偏振后的探测激光，所述等离子体微阵列生物芯片包括透明基底以及设置在所述透明基底中部的光波导阵列和微流体通道，所述光波导阵列的光波导侧表面上具有氮化钛纳米立方体；光热激发组件，用于输出光波并作用于所述等离子体微阵列生物芯片的光波导阵列；光学干涉组件，设置于所述等离子体微阵列生物芯片的前方，用于将所述等离子体微阵列生物芯片透射出的激光生成满足干涉条件的双光束；远心镜头，设置于所述光学干涉组件的输出侧，用于所述双光束的聚焦；成像芯片，设置于所述远心镜头的尾部，用于获取双光束干涉而成的激光散斑图像。2.根据权利要求1所述的局域表面等离子体共振生物传感装置，其特征在于：所述激光源与所述第一线性偏振器之间设置有准直单元。3.根据权利要求2所述的局域表面等离子体共振生物传感装置，其特征在于：所述准直单元为平凸透镜，所述激光源的输出端连接有单模光纤，所述单模光纤的出口位于所述平凸透镜的焦点位置。4.根据权利要求1或3所述的局域表面等离子体共振生物传感装置，其特征在于：所述激光源为单模640nm激光二极管，所述单模640nm激光二极管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兆鹏，
申请(专利权)人：科竟达生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：