一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术首先提出了一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，包括：入射光发生组件；四棱镜，四棱镜包括依次设置的第一镜面、第二镜面、第三镜面和第四镜面，第一镜面用于接收入射光；检测芯片，检测芯片包括层叠设置的透明基底、传感薄膜以及微流控芯片，透明基底设置在第二镜面上，微流控芯片上设有标准样本通道和待测样本通道，检测芯片用于接收经第一镜面折射的入射光；反射镜，反射镜设置在第三镜面上，反射镜用于将经检测芯片反射的入射光并将其反射至第四镜面完成色散后射出；检测组件，检测组件用于对经第四镜面射出的入射光光信号进行处理并采集样本图像，能够增加装置集成化程度，提升检测精度。本发明专利技术还提出了一种检测方法。种检测方法。种检测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及生物医药监测
，具体而言，为一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]表面等离体激元共振效应(SPR，Surface Plasmon Resonance)是一种光学物理现象。以棱镜耦合为例，当p偏振光以全反射的方式照射在棱镜和金属界面时产生倏逝波，而使得金属介质与普通介质临界面的自由电子受到倏逝波的影响变化为表面等离体激元(surface plasmon SP)。当入射光的波长和入射角度合适的时候，倏逝波的频率与表面等离体激元振动频率接近一致时会引发共振，导致对应光的反射能量急剧下降，呈现出SPR共振谷的情形，即获得共振波长或者共振角。传感层表面修饰的生物分子与其他物质特异性结合之后的物理性质(如折射率RI)发生了变化。当传感层表面的物质折射率发生变化时，共振波长会发生改变。通过这种变化来反映传感金属层表面修饰的物质与待测样本发生了特异性的结合现象，从而判断溶液中目标物质的是否存在，甚至是做到定量分析。
[0003]目前，利用此效应制成的SPR生物传感器在检测生物大分子相互作用等方面比传统方法具有更多的优点，例如：无需标记、低样本消耗以及实时检测等。虽然现在SPR传感器已经商品化，但是主要基于共振角检测(角度扫描)模式，虽然检测精度较高，但是大都昂贵且笨重，限制了其在即时检验(point
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care testing，POCT)中的应用。近年来，个人及家庭健康检测等非实验室场景的检测需求逐渐增多，摆脱庞大的体积、开发小型化SPR生物传感设备对现场检测以及临床检验都有着重要意义。
[0004]对于波长调制方式，光源为复色光且入射角度固定，探测复色的反射光并利用光谱仪对光谱进行分析，可以得到反射率随着波长的变化曲线，不同的折射率的待测物有相对应的反射光强度最小的波长值，这个波长值即为共振波长。现如今，针对多通道检测的方式主要分为两种，其一是一根光纤被划分为多个波道，当利用光纤入射时，多个波长以一定的间隔隔开，在光纤中独立传输，例如，Homola小组曾经报道了波分复用的方法设计波长调制型SPR传感器，在该设计中，不同传感区域的多个SPR信号被编码成光波的不同光谱范围，实现了8通道检测。但是这种方式相邻通道间串扰较大、器件尺寸较大，信道数少一般不利用此方法。其二，入射时采用宽带光源，在入射光线完成SPR激发现象后，通过色散棱镜将宽带光分开，如图5所示，多种波长的光线从光源元件射出，以一定角度(通常为72
°
)进入三棱镜的一侧，检测芯片贴附于三棱镜底面上，样品附着在检测芯片的另一侧。当光源波长发生改变时，入射光在棱镜界面处发生不同角度的折射，继而在三棱镜与检测芯片的界面上的不同位点发生反射，再从三棱镜的另一侧射出，由光检测元件采集。当检测芯片吸附的样品发生变化时，对样品进行不同波长光扫描，会发现样品吸附引起金属薄膜的折射率变化，导致共振波长发生位移，在谱图上表现为反射光强度波谷随波长发生改变。
[0005]对于波长调制方式，光源为复色光且入射角度固定，探测复色的反射光并利用光
谱仪对光谱进行分析，可以得到反射率随着波长的变化曲线，不同的折射率的待测物有相对应的反射光强度最小的波长值，这个波长值即为共振波长。现如今，针对多通道检测的方式主要分为两种，其一是一根光纤被划分为多个波道，当利用光纤入射时，多个波长以一定的间隔隔开，在光纤中独立传输，例如，Homola小组曾经报道了波分复用的方法设计波长调制型SPR传感器，在该设计中，不同传感区域的多个SPR信号被编码成光波的不同光谱范围，实现了8通道检测。其二，入射时采用宽带光源，在入射光线完成SPR激发现象后，通过色散棱镜将宽带光分开，如图5所示，多种波长的光线从光源元件射出，以一定角度(通常为72
°
)进入三棱镜的一侧，检测芯片贴附于三棱镜底面上，样品附着在检测芯片的另一侧。当光源波长发生改变时，入射光在棱镜界面处发生不同角度的折射，继而在三棱镜与检测芯片的界面上的不同位点发生反射，再从三棱镜的另一侧射出，由光检测元件采集。当检测芯片吸附的样品发生变化时，对样品进行不同波长光扫描，会发现样品吸附引起金属薄膜的折射率变化，导致共振波长发生位移，在谱图上表现为反射光强度波谷随波长发生改变。
[0006]但现有的检测装置存在以下不足：
[0007]1.市场上的产品需要使用光谱仪大都昂贵且笨重，限制了其在即时检验中的应用
[0008]2.在检测过程中自制的棱镜耦合波长调制型SPR生物传感器往往采用两个棱镜来完成，一个棱镜在反射底面装有检测芯片，用以激发SPR现象；另一个做为色散棱镜。但是在操作过程中由于光的灵敏性，会造成检测结果的误差。同时不利于实现集成化的系统。
[0009]2000年，美国TI公司生产的发散型无可动部件角度扫描型SPR传感器，使用不规则四边形棱镜作为SPR的激发结构，并将光路和光学器件小型化设计。该传感器利用LED光源(840nm)发出的单色光经偏振片出射,并以一定角度入射到倾斜放置的SPR芯片上，不同角度的光线入射到芯片表面的不同位置，反射光先经反射镜后再由光电二极管阵列(128像素)接收。对于发散型入射方式，其成像光学系统较难设计，因此通常以小型化方式设计、相关器件固定在芯片内，即传感部分的金属薄膜镀积在棱镜表面。但是，这种结构不仅会限制后期对于金属薄膜的修饰，而且金属薄膜在多次实验过后很容易脱落，且无法更换，导致整个传感器就无法使用，其使用成本较高。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置及检测方法，能够增加装置集成化程度，并提升检测精度。
[0011]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0012]本专利技术首先提出了一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，包括：
[0013]入射光发生组件，所述入射光发生组件用于发射平行光；
[0014]四棱镜，所述四棱镜包括依次设置的第一镜面、第二镜面、第三镜面和第四镜面，所述第一镜面用于接收入射光；
[0015]检测芯片，所述检测芯片包括层叠设置的透明基底、传感薄膜以及微流控芯片，所述透明基底设置在所述第二镜面上，所述微流控芯片上设有标准样本通道和待测样本通道，所述检测芯片用于接收经所述第一镜面折射的入射光；
[0016]反射镜，所述反射镜设置在所述第三镜面上，所述反射镜用于将经所述检测芯片反射的入射光并将其反射至所述第四镜面完成色散后射出；
[0017]检测组件，所述检测组件用于对经所述第四镜面射出的入射光光信号进行处理并采集样本图像。
[0018]进一步，所述入射光发生组件包括：
[0019]光源，所述光源用于发射光线；
[0020]光纤耦合器，所述光纤耦合器用于将所述光源发射的光线耦合进光纤；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，其特征在于，包括：入射光发生组件，所述入射光发生组件用于发射平行光；四棱镜，所述四棱镜包括依次设置的第一镜面、第二镜面、第三镜面和第四镜面，所述第一镜面用于接收入射光；检测芯片，所述检测芯片包括层叠设置的透明基底、传感薄膜以及微流控芯片，所述透明基底设置在所述第二镜面上，所述微流控芯片上设有标准样本通道和待测样本通道，所述检测芯片用于接收经所述第一镜面折射的入射光；反射镜，所述反射镜设置在所述第三镜面上，所述反射镜用于将经所述检测芯片反射的入射光并将其反射至所述第四镜面完成色散后射出；检测组件，所述检测组件用于对经所述第四镜面射出的入射光光信号进行处理并采集样本图像。2.根据权利要求1所述的基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，其特征在于，所述入射光发生组件包括：光源，所述光源用于发射光线；光纤耦合器，所述光纤耦合器用于将所述光源发射的光线耦合进光纤；多模光纤，所述多模光纤用于传递光源的光谱并在其出射端形成点光源；准直透镜，所述准直透镜用于将所述多模光纤形成的点光源折射为平行光射出。3.根据权利要求2所述的基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，其特征在于：所述入射光发生组件还包括线偏振片，所述线偏振片用于滞留经所述准直透镜发射的平行光的横电波并获得P偏振光。4.根据权利要求2所述的基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，其特征在于：所述光源为LED灯。5.根据权利要求1所述的基于色散检测的集成化波长调制型SPR检测装置，其特征在于：所述检测组件包括凸透镜和CCD相机，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫欣蕊，杨军，王建华，邓吉楠，胡宁，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：