一种表面等离子体共振传感装置及抗生素浓度检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种表面等离子体共振传感装置，包括桥楔形棱镜、光源、准直透镜组、光谱仪、红外偏振器、耦合透镜；所述桥楔形棱镜的前表面和后表面相互平行，上表面、左侧面、右侧面垂直于前表面；所述桥楔形棱镜的左侧面、右侧面与上表面的夹角为锐角；所述桥楔形棱镜的底部设置一个槽状开口；所述槽状开口的顶部为平面，与桥楔形棱镜的上表面呈一个夹角β，β大于0

【技术实现步骤摘要】
一种表面等离子体共振传感装置及抗生素浓度检测方法


[0001]本专利技术涉及光学检测和光学传感领域，特别涉及一种表面等离子体共振传感装置及抗生素浓度检测方法。

技术介绍

[0002]表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感，是一种利用SPR效应对周围环境折射率变化非常敏感的特性制作的光学传感方法。与传统的使用放射性或荧光等生物化学标记的检测传感方法相比，SPR传感器通过对传感表面折射率数值的变化来判断传感器表面的生化反应，具有快速、高灵敏度、免标记、可实时监测等优点，被广泛的应用于环境监测、食品安全、医药检测等多个领域。灵敏度是SPR传感器最重要的性能指标之一，它决定了传感器可以检测到的分析物的最小变化。然而灵敏度提高也意味着传感器对于环境温度变化也更加的敏感，这将严重影响传感器对于低浓度抗生素检测的准确性。
[0003]为了补偿温度的变化，一系列的研究工作被提出。但是，只有少量的基于棱镜耦合的SPR温度补偿传感器被报道，且基本都是仿真工作。例如，Lin等人仿真分析了基于棱镜耦合的SPR传感器的灵敏度对温度的依赖性，但没有对温度造成的影响进行补偿。Xiao等人理论上提出了角度和强度调制相结合的方法来实现温度补偿的目的，但需要两个激光器同时提供光源，系统比较复杂。Luo等人在仿真中提出了角度调制和波长调制相结合的温度补偿方法。该方法需要多次调整入射光的角度，不便于实际测试。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种表面等离子体共振传感装置，具有超高灵敏度，可利用两个SPR共振谷进行温度自补偿。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述表面等离子体共振传感装置的抗生素浓度检测方法，提高并实现低浓度的抗生素检测的准确性。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种表面等离子体共振传感装置，包括桥楔形棱镜、光源、准直透镜组、光谱仪、红外偏振器、耦合透镜；
[0008]所述桥楔形棱镜具有以下结构：所述桥楔形棱镜的前表面和后表面相互平行，上表面、左侧面、右侧面均垂直于前表面；所述桥楔形棱镜的左侧面与上表面的夹角为锐角；所述桥楔形棱镜的右侧面与上表面的夹角为锐角；所述桥楔形棱镜的底部设置一个槽状开口；所述槽状开口的顶部为平面，与桥楔形棱镜的上表面呈一个夹角β，β大于0
°
；所述桥楔形棱镜的上表面镀有SPR金属膜；所述槽状开口的顶部镀有反射膜；
[0009]从光源出射的光耦合到光纤上，并由准直透镜组进行准直，准直后的光束通过一个红外偏振器，产生一个P型偏振光，垂直于桥楔形棱镜的一个侧面以第一入射角θ1入射到SPR金属膜上，形成第一共振谷；在反射膜上反射后，由于反射膜的倾斜角度β，光束以第二入射角θ2的再次入射到SPR金属膜，形成第二共振谷，从而形成两个传感区域，并垂直于桥
楔形棱镜的另一侧面射出，最后通过耦合透镜耦合到接收光纤上，被光谱仪接收。
[0010]具体的，根据以下计算式进行温度补偿：
[0011][0012]其中，Δλ1和Δλ2分别为第一入射角θ1和第二入射θ2产生的波长漂移，Δn和ΔT分别为外界折射率的变化量和温度的变化量；M是灵敏度矩阵，其中m
ni
和m
Ti
分别是SPR传感器的折射率和温度灵敏度；i＝1，2。
[0013]优选的，所述反射膜的厚度为150～250nm。
[0014]优选的，所述反射膜为银薄膜。
[0015]优选的，所述SPR金属膜为金薄膜或银薄膜或铜薄膜。
[0016]优选的，所述槽状开口的横截面为方形。
[0017]优选的，所述第一入射角θ1为65
°
，且θ1‑
θ2＝2β。
[0018]一种基于所述的表面等离子体共振传感装置的抗生素浓度检测方法，包括以下步骤：
[0019]在SPR金属膜上化学修饰抗生素抗体；
[0020]配置不同浓度的抗生素溶液；
[0021]将不同浓度的抗生素溶液通入所述的表面等离子体共振传感装置，测试每个浓度的抗生素溶液对应的共振波长漂移量，得到共振波长总漂移量与抗生素溶液浓度的对应关系；
[0022]将待测抗生素溶液通入所述的表面等离子体共振传感装置，测试该待测抗生素溶液对应的共振波长漂移量，根据共振波长总漂移量与抗生素溶液浓度的对应关系得到该待测抗生素溶液的浓度测试结果。
[0023]优选的，所述在SPR金属膜上化学修饰抗生素抗体，具体为：
[0024]通入PBS缓冲液直到表面等离子体共振传感装置系统运行稳定，PBS缓冲液所产生的共振谷经过数据处理后得出其共振波长，形成一条PBS基线；PBS基线稳定后，通入MPA溶液；随后通入PBS缓冲液，洗去残留的MPA溶液；待基线稳定后通入EDC/NHS溶液以活化SPR金属膜表面的羧基，随后通入PBS缓冲液洗去残留的EDC/NHS混合液；接着通入所需要修饰的抗生素抗体溶液，使SPR金属膜表面被活化的羧基与抗体充分结合，然后通入PBS缓冲液洗去残留的抗生素抗体。
[0025]优选的，所述测试每个浓度的抗生素溶液对应的共振波长漂移量，具体为：
[0026]通入PBS缓冲液直至SPR共振波长稳定，将此时的共振波长谱线作为本次抗原抗体特异性结合的参考基线，当参考基线稳定之后，通入不同浓度的抗生素溶液，通过比较通入抗生素溶液前后的PBS基线计算出每个浓度对应的共振波长漂移量。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0028](1)本专利技术的表面等离子体共振传感装置，具有高灵敏度及温度自补偿能力。通过调整桥楔形棱镜的入射角和倾角，在一个传感器中形成两个级联的低串扰、高灵敏的传感区域，其最高折射率灵敏度达到43166.7nm/RIU。通过对两个传感区域的同时检测，结合折射率灵敏度和温度灵敏度，利用灵敏度矩阵实现温度的自补偿，补偿后的测量误差最多可
以降低两个数量级，从0.19％减少到0.007％。
[0029](2)本专利技术的表面等离子体共振传感装置，在桥楔形棱镜的上表面镀金薄膜或银薄膜或铜薄膜，可通过改变入射角实现较高的灵敏度。
[0030](3)本专利技术的抗生素浓度检测方法利用两个不同灵敏度的传感区域的互补作用实现温度自补偿，提高并实现低浓度的抗生素检测的准确性。
[0031](4)本专利技术的抗生素浓度检测方法，具有实时监测和免标记的优势。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的实施例的桥楔形棱镜的立体结构示意图。
[0033]图2为本专利技术的实施例的桥楔形棱镜的主视图。
[0034]图3为本专利技术的实施例的桥楔形棱镜的仰视图。
[0035]图4为传统的楔形棱镜的示意图。
[0036]图5为本专利技术的实施例的表面等离子体共振传感装置的光路图。
[0037]图6为外界折射率为1.33本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面等离子体共振传感装置，其特征在于，包括桥楔形棱镜、光源、准直透镜组、光谱仪、红外偏振器、耦合透镜；所述桥楔形棱镜具有以下结构：所述桥楔形棱镜的前表面和后表面相互平行，上表面、左侧面、右侧面均垂直于前表面；所述桥楔形棱镜的左侧面与上表面的夹角为锐角；所述桥楔形棱镜的右侧面与上表面的夹角为锐角；所述桥楔形棱镜的底部设置一个槽状开口；所述槽状开口的顶部为平面，与桥楔形棱镜的上表面呈一个夹角β，β大于0
°
；所述桥楔形棱镜的上表面镀有SPR金属膜；所述槽状开口的顶部镀有反射膜；从光源出射的光耦合到光纤上，并由准直透镜组进行准直，准直后的光束通过一个红外偏振器，产生一个P型偏振光，垂直于桥楔形棱镜的一个侧面以第一入射角θ1入射到SPR金属上，形成第一共振谷；在反射膜上反射后，由于反射膜的倾斜角度β，光束以第二入射角θ2的再次入射到SPR金属膜，形成第二共振谷，从而形成两个传感区域，并垂直于桥楔形棱镜的另一侧面射出，最后通过耦合透镜耦合到接收光纤上，被光谱仪接收。2.根据权利要求1所述的表面等离子体共振传感装置，其特征在于，根据以下计算式进行温度补偿：其中，Δλ1和Δλ2分别为第一入射角θ1和第二入射θ2产生的波长漂移，Δn和ΔT分别为外界折射率的变化量和温度的变化量；M是灵敏度矩阵，其中m
ni
和m
Ti
分别是SPR传感器的折射率和温度灵敏度；i＝1，2。3.根据权利要求1所述的表面等离子体共振传感装置，其特征在于，所述反射膜的厚度为150～250nm。4.根据权利要求1或3所述的等离子体共振传感装置，其特征在于，所述反射膜为银薄膜。5.根据权利要求1所述的表面等离子体共振传感装置，其特征在于，所述SPR金属膜为金薄膜或银薄膜或铜薄膜。6.根据权利要求1所述的表面等离子体共振传感装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗云瀚，施伟成，胡诗琦，袁锦明，陈耀飞，刘贵师，陈雷，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：