[發明專利]一種聲光濾光的光譜SPR成像傳感系統

在審

• 申請號: 201610290955.4
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105717076A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 李克武;李晉華;王志斌;張瑞;薛瑞;陳友華
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 申紹中

技術領域

本發明涉及生化傳感檢測領域，具體涉及一種基于聲光濾光的光譜SPR成像傳感系統，該系統將表面等離子體共振技術和光譜成像技術結合，是一種生物分子相互作用檢測的有效手段，具有實時、無標記、高通量和高靈敏的傳感檢測優勢。

背景技術

表面等離子體共振(Surfaceplasmonresonance,SPR)通常由倏逝波在透射金屬薄膜層邊界激發。根據金屬薄膜層與結合的分析物分子，不同波長的入射光，SPR共振角度不同。SPR傳感器金屬薄膜表面結合的分析物分子，引起表面折射率變化，通過SPR原理測量這種變化，可得到分子作用動力學及濃度等信息，從而理解分子間的相互作用。近年來，利用SPR原理制作的傳感器受到了廣泛的研究。

傳統的SPR傳感器，當傳感器金屬薄膜表面結合分析物分子時，選擇固定入射光波長或SPR共振角度，測量另外一個參量的變化，來分析待測生物分子。該類傳感器實現了較高靈敏度的生物分子分析，并且成本相對較低。但是，傳統的SPR傳感器，用點探測器探測光強，傳感區域有限，并且測量過程通常需單色儀調節入射光波長或旋轉耦合三棱鏡來尋找SPR共振角，測量耗時。為了增大傳感區域，提高SPR傳感器的工作效率。目前，SPR傳感器多為成像傳感器，并且多為激光光源的SPR傳感器，實現了實時的和高通量的生化分析探測。但是，單波長的SPR成像傳感器靈敏度受限于雜散光和照射光束的均勻性等。用單色儀實現的光譜SPR成像傳感器，雖然提高了單波長照明的SPR成像傳感器的靈敏度，但同時降低了檢測的速度。因此，有必要對其進行改進。

發明內容

為了克服現有技術中所存在的不足，提供一種光譜成像速率快、精度和靈敏度高、高通量、無生物標記且實時的聲光濾光的光譜SPR成像傳感系統。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：

一種聲光濾光的光譜SPR成像傳感系統，包括寬光譜光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、聲光可調諧濾光器AOTF、AOTF射頻驅動器、偏振片、遮光板、耦合三棱鏡、折射率匹配液、生物傳感芯片、成像鏡頭、面陣列成像CCD和控制計算機，所述第一透鏡、光闌和第二透鏡構成光束整形準直系統，所述光束整形準直系統將寬光譜光源發出的光進行收集準直，整形為平行光，并垂直于聲光可調諧濾光器AOTF的通光面入射，所述AOTF射頻驅動器通過控制計算機控制，對聲光可調諧濾光器AOTF施加不同頻率的正弦交變電壓，實現不同波長的光衍射，經聲光可調諧濾光器AOTF衍射的0級和+1級衍射光用遮光板遮擋，衍射的-1級衍射光經偏振器調節偏振方向后進入耦合三棱鏡，通過耦合三棱鏡和折射率匹配液后，經生物傳感芯片反射進入成像鏡頭，所述控制計算機觸發面陣列成像CCD采集成像鏡頭上圖像，并完成圖像的光譜信息提取。

所述生物傳感芯片包括平板玻璃基底和金膜，所述金膜鍍置在平板玻璃基底上，所述金膜厚度為50nm，所述金膜表面點制待分析的生物分子樣品微陣列或制作微流生化反應池。

所述平板玻璃基底的另一面為非鍍膜面，所述非鍍膜面用折射率匹配液與耦合三棱鏡匹配連結。

所述聲光可調諧濾光器AOTF衍射的-1級衍射光偏振方向與偏振片的透光軸平行，調節偏振片使-1級衍射光的偏振方向正好在耦合三棱鏡中平行于入射面。

所述平板玻璃基底的反射角為35°-50°。

所述聲光可調諧濾光器AOTF的成像光譜范圍為0.4～1.7μm，成像光譜帶寬為100nm，并且聲光互作用晶體設置有光楔。

所述AOTF射頻驅動器的工作頻率為60～220MHz，光譜分辨率優于2nm。

所述耦合三棱鏡的材質為BK-7玻璃。

所述成像鏡頭的焦距可調，使其對生物傳感芯片反應區清晰成像。

與現有技術相比本發明所具有的有益效果為：

1)利用AOTF實現光譜成像，在保證光譜分辨率的前提下，與單色儀實現的光譜SPR成像系統相比具有更快的光譜成像速率；

2)將AOTF光譜成像技術與SPR成像傳感技術相結合，利用了SPR成像的高通量傳感優點，同時利用AOTF光譜成像尋找不同分析物分子引起的SPR共振波長漂移的方法實現傳感，消除了雜散光和光束不均勻等缺陷對SPR成像傳感靈敏度和精度的影響；

3)利用AOTF超快的濾光調諧速率，系統沒有機械調節部件，能夠穩定的完成實時生化傳感；

4)生化傳感芯片通過折射率匹配液與耦合三棱鏡匹配連接，根據不同的分析生物分子，可方便靈活地設計和制作生化傳感芯片；