[實用新型]基于智能手機監(jiān)測平臺的光纖表面等離子體共振圖像傳感器

有效

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• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN204789331U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭偉;劉云;程昉;方鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于一種生化傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及到表面等離子體共振(SPR)的原理。

背景技術(shù)

表面等離子共振(SurfacePlasmonResonance,SPR)傳感器是一種新型的光電檢測技術(shù)，它的關(guān)鍵探測部分是一個基于表面等離子體共振效應(yīng)的敏感區(qū)域，當入射光在滿足一定條件時，引起金屬自由電子的共振，從而使特定波長的反射光明顯減弱來實現(xiàn)傳感效應(yīng)。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有設(shè)備簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、生物、環(huán)境、食品檢測、制藥等許多重要領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用并逐漸走向成熟，具有良好的發(fā)展前景。

目前，棱鏡式SPR傳感器在國外已經(jīng)有了商品化的成品儀器，并且也可以實現(xiàn)多通道在線檢測，但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、不適宜便攜式測量等，應(yīng)用推廣受到很大的限制。光纖因其本身的小尺寸、高靈活性以及成本低等獨特優(yōu)勢，成為便攜式傳感器的一種發(fā)展方向。光纖SPR傳感器與棱鏡SPR傳感器相比，具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，動態(tài)范圍大，防電磁干擾，超高絕緣，無源性，適于實時檢測，體積小,靈活性高等優(yōu)點。

但是，目前的光纖SPR傳感器需要在實驗室中使用，無論波長SPR、偏振SPR、角度SPR還是圖像SPR需要光源、解調(diào)儀、CCD等實驗器材，成本較高，而且對實驗條件要求比較高。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式光纖SPR圖像傳感器，使用光纖SPR元件替代棱鏡元件，大幅度簡化了光路與控制系統(tǒng)，使用智能手機的LED閃光燈和攝像頭作為光源和探測器，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可以用于進行生化樣品的快速檢測。該傳感器不需要大型的實驗儀器，便于攜帶。不會對樣品產(chǎn)生損傷，對工作環(huán)境的要求低。該傳感器不僅能實現(xiàn)生化檢測，而且增加了參考通道，確保實驗結(jié)果的準確性。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種基于智能手機監(jiān)測平臺的光纖表面等離子體共振圖像傳感器，該光纖表面等離子體共振圖像傳感器包括兩條通道：測試通道和參考通道；測試通道：手機上的LED閃光燈通過光纖和光纖傳感元件，最終光纖連接攝像頭；參考通道是由LED閃光燈與攝像頭直接連接的光纖構(gòu)成；光纖傳感元件通過光纖與LED閃光燈和攝像頭形成閉合回路，光從LED閃光燈發(fā)出，依次通過光纖和光纖傳感元件，再從光纖傳感元件另一端射出被攝像頭捕捉并生成圖像，進入攝像頭端的光纖作為測量通道的信號，通過手機計算圖像的光強變化，實現(xiàn)對待測樣品的探測；

LED閃光燈外依次設(shè)有透鏡和濾波片；

所述的光纖傳感元件即被流通池包裹的光纖區(qū)域，光纖傳感元件采用光纖導(dǎo)光毛細管，將被流通池包裹部分去除5-10mm包層后，鍍45-55nm厚度的金膜制成；

所述的光纖傳感元件由流通池包裹，流通池上開有流通池入口和流通池出口，待測樣品由流通池入口流入，流經(jīng)光纖傳感元件表面后，再由流通池出口流出。

本實用新型的效果和益處是在可以在隨時隨地進行SPR生化檢測，簡單快捷，而且成本低廉。

附圖說明

附圖1是基于智能手機檢測平臺的光纖SPR圖像傳感器系統(tǒng)示意圖。

圖中：1LED閃光燈；2透鏡；3濾波片；4光纖；5流通池入口；6流通池出口；7光纖傳感元件；8流通池；9參考通道；10測量通道；11攝像頭；12手機。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施方式。

1.儀器

(1)一臺智能手機，如圖1。

(2)一個液體流通池，如圖1。

(3)光纖，材質(zhì)為由長飛公司生產(chǎn)的塑料光纖HPOF,惠普400/430-37/730E。長度為15㎝，纖芯和包層的直徑分別為400μm和430μm數(shù)值孔徑為0.37，導(dǎo)光毛細管SPR傳感元件，材質(zhì)由美國莫仕公司生產(chǎn)的LTSP150/375，長度4cm，內(nèi)外經(jīng)分別為150μm和375μm，數(shù)值孔徑0.22。

2.設(shè)備工藝

對導(dǎo)光毛細管的端面利用研磨技術(shù)進行微結(jié)構(gòu)處理，將兩個端面制作成平面。然后在中間部位去掉5mm的包層，使用鍍膜機鍍上50nm的金膜，在鍍膜的位置安裝上流通池。一根光纖兩端磨平，作為參考通道。兩根導(dǎo)入導(dǎo)出光纖，其中一端與LED對準，另一端與攝像頭對準，如圖1。

3.操作

測試裝置如圖1所示。待測樣品為刀豆球蛋白A。在實施過程中，來自LED的光通過光纖后進入到攝像頭，在手機屏幕上會檢測到兩個圓形光斑。當依次向流通池中通入折射率變大的液體時，會在光纖鍍金膜的區(qū)域發(fā)生SPR現(xiàn)象，隨著液體折射率的升高，會發(fā)現(xiàn)作為測量通道的光纖的另一端光強逐漸增強，而沒有鍍膜的光纖端面光強沒有顯著變化。通過程序?qū)獍哌M行處理，會得到相對強度(測試通道與參考通道光斑光強的比值)與液體折射率的關(guān)系，從而完成折射率的測量。通過將攝像頭捕捉到的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。在灰度圖像里，每一個圖像的亮度用灰度值來表示，灰度值可以從0％(白色)變化到100％(黑色)。所以照片的強度可以用圖片上所有像素點的灰度值之和來衡量。該系統(tǒng)用于測試不同折射率的溶液，得到了良好的線性響應(yīng)曲線，而且由于參考通道的存在，即使在光源發(fā)生了較大波動的情況下，仍然得到了較為理想的測試結(jié)果。此外作為測試通道的光纖可以進行化學(xué)修飾使其擁有特異性識別功能。