【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及界面光谱学，涉及一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，具体涉及一种实时监测微流控芯片界面分子吸附过程的非线性光谱装置。
技术介绍
1、光学二次谐波可以获取生物表界面的取向和结构演化等丰富信息，生物表界面上的结构演化直接影响着微观生理环境的变化和生物组织的功能。然而，生物分子形成的表面和界面，光学二阶非线性极化率很低，导致光学二次谐波信号极其微弱，难以实现生物表界面，尤其是微流控芯片等体系中分子动力学过程的实时监测。光学二次谐波的强度和基频光强度以及介质的二阶非线性极化率成正相关，要提升光学二次谐波强度，虽然通常可以增大基频光功率，但高功率的基频光无疑会对生物分子的结构和功能产生不可逆的损伤。
技术实现思路
1、针对现有技术中生物表界面二次谐波产生效率低和探测困难的问题，本专利技术提供了一种实时监测微流控芯片界面分子吸附过程的非线性光谱装置，能够实现生物分子于界面处的微观动力学演化过程实时、无损监测。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，包括飞秒激光模块、微流控芯片模块以及共聚焦光谱采集模块，所述飞秒激光模块包括飞秒激光器，所述微流控芯片模块包括微流控芯片，所述微流控芯片的内部集成有二次谐波信号探针，当生物分子溶液被加入微流控芯片后，生物分子溶液会与二次谐波信号探针产生吸附的界面相互作用；所述微流控芯片模块接收自飞秒激光模块输出的基频光后，经过其上生物分子溶液与二次谐波信号探
4、需要说明的是：二次谐波信号探针为一种单层二维半导体材料，也即一种具有高二阶非线性极化率的薄膜材料，本申请的二次谐波信号探针包括但不限于过渡金属二硫化物等二维材料。
5、进一步地，由于二向色镜对于基频光的反射率较高，而对于二次谐波信号的透射率较高，本专利技术的非线性光谱装置还包括二向色镜，所述飞秒激光模块输出的基频光经二向色镜反射，进入微流控芯片模块；微流控芯片模块输出的二次谐波信号经过二向色镜进入共聚焦光谱采集模块。
6、进一步地，所述飞秒激光模块还包括半波片和偏振片，所述飞秒激光器产生的基频光为线性偏振光，通过半波片后其偏振方向会被旋转一定角度，再经过偏振片实现基频光的强度和偏振的调制。
7、进一步地，所述微流控芯片模块还包括显微物镜和锥形瓶，所述微流控芯片模块中的基频光经过显微物镜聚焦后进入微流控芯片；所述锥形瓶用于收集生物分子溶液会与二次谐波信号探针反应后溶液。显微物镜用于基频光的聚焦和收集二次谐波信号，微流控模块通过显微物镜聚焦基频光和收集二次谐波信号，通过微流控芯片构建微流体界面环境。
8、进一步地，所述微流控芯片的表面设置了光学窗口，所述光学窗口用于基频光的聚焦和二次谐波信号的收集。光学窗口用于实现基频光与二次谐波信号的透过和采集。
9、需要说明的是：光学窗口指的是微流控芯片上表面的光学玻璃，能够让基频光透过玻璃进入微流控芯片内和二次谐波信号探针产生相互作用，同时形成封闭的空间便于流体在微流控芯片内的流动。
10、进一步地，所述微流控芯片上还设置有微流体泵，所述微流体泵用于生物分子溶液的注入和调控生物分子溶液在微流控芯片中的流速和流量。需要说明的是：为了微流控芯片内的生物分子和二次谐波信号探针的充分接触，生物分子溶液在微流控芯片内的流动需要保持层流状态，这与微流控芯片内腔室的尺寸和生物分子溶液的流速直接相关，通过计算雷诺数即可确定维持层流状态所需的微流控芯片内腔室尺寸和生物分子流速，此处微流体泵可以直接调节进液的流量和流速。
11、进一步地，所述共聚焦光谱采集模块包括滤波片、透镜、分光片、光谱仪、电荷耦合器件ccd、探测针孔以及计算机，所述计算机分别与光谱仪、电荷耦合器件ccd通信连接；所述共聚焦光谱采集模块采用滤波片滤除基频光，使得微流控芯片内产生的二次谐波信号经过滤波片，再通过透镜聚焦后经分光片，其中一路经过探测针孔后送入光谱仪，另一路送入电荷耦合器件ccd，实现共聚焦的二次谐波光谱采集和显微成像；所述探测针孔用于滤除空间杂散光和非焦面信号；所述光谱仪将测量的二次谐波光谱传输至计算机；所述电荷耦合器件ccd用于观察二次谐波信号探针和基频光光斑位置，得到显微成像，并将得到的显微成像传输至计算机。通过滤波片滤除反射基频光，通过透镜实现二次谐波信号的聚焦。
12、与现有技术相比，本专利技术提供了一种实时监测微流控芯片界面分子吸附过程的非线性光谱装置，具备以下有益效果：
13、（1）本专利技术的非线性光谱装置利用光学二次谐波测量生物界面分子结构的变化，实现吸附与解吸附等分子动力学过程的实时非线性光谱监测，提供一种光学无损的分子动力学监测手段，可以实现二次谐波光谱对于生物分子界面处微观动力学演化的实时无损监测，有助于理解生物分子在界面处的行为和功能特征。
14、（2）本专利技术的非线性光谱装置将光学二次谐波信号探针集成在微流控芯片中，利用生物分子与二次谐波探针的结合会显著引起二次谐波信号探针的二阶非线性极化率的变化，体现在二次谐波信号的显著变化这样一个相互作用机制，我们就可通过二次谐波信号的动态变化来监测生物分子在二次谐波探针表面上的吸附和解吸附过程，实现生物分子实时传感以及界面处分子微观动力学演化过程的实时监测。
15、（3）本专利技术的非线性光谱装置利用二维材料的超高二阶非线性极化率来构建光学二次谐波生物分子传感探针，生物分子在二维材料探针表面的吸附和解吸附过程导致了界面的二阶非线性极化率的改变，从而直接引起光学二次谐波强度的实时变化，解决了光学二次谐波对于生物表界面的探测问题，在高灵敏生物传感、病灶形成机理以及药物分子筛选等方面具有一定的应用前景。
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1.一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：包括飞秒激光模块、微流控芯片模块以及共聚焦光谱采集模块，所述飞秒激光模块包括飞秒激光器，所述微流控芯片模块包括微流控芯片，所述微流控芯片的内部集成有二次谐波信号探针，当生物分子溶液被加入微流控芯片后，生物分子溶液会与二次谐波信号探针产生界面相互作用；所述微流控芯片模块接收自飞秒激光模块输出的基频光后，经过其上生物分子溶液与二次谐波信号探针形成界面反射出二次谐波信号；所述共聚焦光谱采集模块记录来自微流控芯片的二次谐波信号，生成时间依赖的二次谐波光谱。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：还包括二向色镜，所述飞秒激光模块输出的基频光经二向色镜反射，进入微流控芯片模块；微流控芯片模块输出的二次谐波信号经过二向色镜进入共聚焦光谱采集模块。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述飞秒激光模块还包括半波片和偏振片，所述飞秒激光器产生的基频光为线性偏振光，通过半波片后其偏振方向会被旋转一定角度，再经过偏振片实现基频光
4.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述微流控芯片模块还包括显微物镜和锥形瓶，所述微流控芯片模块中的基频光经过显微物镜聚焦后进入微流控芯片；所述锥形瓶用于收集生物分子溶液会与二次谐波信号探针反应后溶液。
5.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述微流控芯片的表面设置了光学窗口，所述光学窗口用于基频光的聚焦和二次谐波信号的收集。
6.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述微流控芯片上还设置有微流体泵，所述微流体泵用于生物分子溶液的注入和调控生物分子溶液在微流控芯片中的流速和流量。
7.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述共聚焦光谱采集模块包括滤波片、透镜、分光片、光谱仪、电荷耦合器件CCD、探测针孔以及计算机，所述计算机分别与光谱仪、电荷耦合器件CCD通信连接；所述共聚焦光谱采集模块采用滤波片滤除基频光，使得微流控芯片内产生的二次谐波信号经过滤波片，再通过透镜聚焦后经分光片，其中一路经过探测针孔后送入光谱仪，另一路送入电荷耦合器件CCD，实现共聚焦的二次谐波光谱采集和显微成像；所述探测针孔用于滤除空间杂散光和非焦面信号；所述光谱仪将测量的二次谐波光谱传输至计算机；所述电荷耦合器件CCD用于观察二次谐波信号探针和基频光光斑位置，得到显微成像，并将得到的显微成像传输至计算机。
...【技术特征摘要】
1.一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：包括飞秒激光模块、微流控芯片模块以及共聚焦光谱采集模块，所述飞秒激光模块包括飞秒激光器，所述微流控芯片模块包括微流控芯片，所述微流控芯片的内部集成有二次谐波信号探针，当生物分子溶液被加入微流控芯片后，生物分子溶液会与二次谐波信号探针产生界面相互作用；所述微流控芯片模块接收自飞秒激光模块输出的基频光后，经过其上生物分子溶液与二次谐波信号探针形成界面反射出二次谐波信号；所述共聚焦光谱采集模块记录来自微流控芯片的二次谐波信号，生成时间依赖的二次谐波光谱。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：还包括二向色镜，所述飞秒激光模块输出的基频光经二向色镜反射，进入微流控芯片模块；微流控芯片模块输出的二次谐波信号经过二向色镜进入共聚焦光谱采集模块。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述飞秒激光模块还包括半波片和偏振片，所述飞秒激光器产生的基频光为线性偏振光，通过半波片后其偏振方向会被旋转一定角度，再经过偏振片实现基频光的强度和偏振的调制。
4.根据权利要求1所述的一种实时监测界面分子吸附过程的非线性光谱装置，其特征在于：所述微流控芯片模块还包括显微物镜和锥形瓶，所述微流控芯片...
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