[發(fā)明專利]基于表面增強拉曼散射與相干反斯托克斯拉曼散射的檢測系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210135750.0
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102721679A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔令杰;楊昌喜;肖曉晟
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光拉曼光譜檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種基于表面增強拉曼散射與相干反斯托克斯拉曼散射的檢測系統(tǒng)及方法

背景技術(shù)

目前拉曼散射技術(shù)被廣泛應(yīng)用到生化檢測領(lǐng)域，如基礎(chǔ)生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境和食品安全等。拉曼散射技術(shù)通過檢測樣品的特征拉曼散射峰，可對分子進(jìn)行特異性識別，而無需對樣品進(jìn)行標(biāo)記。但是由于樣品的拉曼散射截面通常很小，使得所獲得的拉曼散射信號非常弱。

為了提高拉曼散射技術(shù)的靈敏度，人們提出了多種增強拉曼散射信號的方案。例如，利用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面增強拉曼散射(Surface?Enhanced?Raman?Scattering,SERS)效應(yīng)，可使得吸附在具有SERS活性的金屬表面分子的拉曼信號增強約10⁶倍。因此SERS技術(shù)對表面物質(zhì)具有極高檢測靈敏度和選擇性，可在分子水平上實時檢測界面物質(zhì)的“指紋”信息(即特異的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成)。

相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent?Anti-stokes?Raman?Scattering,CARS)技術(shù)則通過采用頻差與分子的諧振頻率相同的兩束激光脈沖激發(fā)樣品，利用其相干非線性效應(yīng)產(chǎn)生強反斯托克斯光，將轉(zhuǎn)換效率較普通非共振拉曼散射提高了約10⁵倍，探測靈敏度大大提高。

盡管如此，對于單分子探測等樣品濃度極低的情況，上述方法的靈敏度仍難以滿足要求。進(jìn)一步提高探測靈敏度，可考慮將上述方法結(jié)合使用。文獻(xiàn)“結(jié)合表面增強拉曼散射及相干反斯托克斯拉曼散射的生物分子單分子探測(Tae-Woong?Koo,Selena?Chan,and?Andrew?A.Berlin,Single-molecule?detection?of?biomolecules?by?surface-enhanced?coherent?anti-Stokes?Raman?scattering,Opt.Lett.2005,30,1024-1026)”通過將SERS技術(shù)與CARS技術(shù)結(jié)合(即SE-CARS技術(shù))，進(jìn)行了單分子檢測實驗。研究表明，SE-CARS技術(shù)的靈敏度可為CARS技術(shù)的~10⁵倍，SERS技術(shù)的>10³倍。相對于自發(fā)拉曼散射，SE-CARS技術(shù)可將拉曼信號增強約10⁹倍。有關(guān)SE-CARS的詳細(xì)信息，還可以參考文獻(xiàn)“基于金納米結(jié)構(gòu)表面的表面增強-反斯托克斯拉曼散射(Christian?Steuwe,Clemens?F.Kaminski,Jeremy?J.Baumberg,and?Sumeet?Mahajan,Surface?Enhanced?Coherent?Anti-Stokes?Raman?Scattering?on?Nanostructured?Gold?Surfaces,Nano?Lett.2011,11,5339–5343)”。

然而上述SE-CARS系統(tǒng)中，均使用了常規(guī)的拉曼顯微系統(tǒng)獲取信號。其中復(fù)雜的空間光路增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性及維護(hù)成本，且降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及靈活性。此外，該系統(tǒng)無法應(yīng)用于遠(yuǎn)距離傳感領(lǐng)域。

因此，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是如何提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊且適用于遠(yuǎn)距離傳感的拉曼檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于表面增強拉曼散射與相干反斯托克斯拉曼散射的檢測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有SE-CARS系統(tǒng)的上述問題。本發(fā)明同時還提供一種基于表面增強拉曼散射與相干反斯托克斯拉曼散射的檢測方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于表面增強拉曼散射與相干反斯托克斯拉曼散射的檢測系統(tǒng)，包括：相干拉曼散射激勵光源、1x2光纖耦合器、自由端端面或內(nèi)壁附著SERS活性基底的表面增強拉曼散射光纖探針、帶通濾波器和光譜儀、第一傳導(dǎo)光纖、第二傳導(dǎo)光纖和第三傳導(dǎo)光纖；

其中，所述相干拉曼散射激勵光源通過第一傳導(dǎo)光纖與所述1x2光纖耦合器的第一分束端相連接；所述表面增強拉曼散射光纖探針通過第二傳導(dǎo)光纖與所述1x2光纖耦合器的合束端相連接；所述第三傳導(dǎo)光纖的一端與所述1x2光纖耦合器的第二分束端相連接，自由端對準(zhǔn)所述光譜儀；所述帶通濾波器設(shè)置于所述第三傳導(dǎo)光纖的自由端與光譜儀之間;