[實用新型]一種基于太赫茲波的檢測裝置及檢測系統

有效

• 申請號: 201721805698.X
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN207850914U
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 劉文權;魯遠甫;焦國華;佘榮斌;呂建成;張亮;董玉明;魏廣路;周志盛;羅阿郁
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;G01N21/3577;G01N21/01
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本實用新型公開了一種基于太赫茲波的檢測裝置和檢測系統，通過將太赫茲錐形光纖集成于微流控芯片的傳感區流道中，不僅有效地克服了水對太赫茲波的吸收，還解決了太赫茲波和微生物等待測物質之間的尺度失配問題，增強了待測物質與太赫茲波之間相互作用，大大地提高了檢測結果的精確度。所述檢測裝置和檢測系統具備結構簡單、傳輸損耗低、尺寸小、倏逝場比例大和靈敏度高等優點，可應用于各類對太赫茲波吸收嚴重的液體檢測中，尤其能作為一種快速高效、無標記和無損的新型微生物檢測裝置和檢測系統。

技術領域

本實用新型涉及太赫茲波技術領域，尤其是一種基于太赫茲波的檢測裝置及檢測系統。

背景技術

太赫茲波是指頻率在0.1-10THz遠紅外波段的相干電磁輻射，基于太赫茲波的檢測方法已經成為了一個重要的研究方向，以微生物檢測為例，許多重要生物分子(如蛋白質和DNA)和生物細胞的低頻振動(如分子內部與分子間的振動與轉動)吸收頻率對應于太赫茲波段范圍且具有光譜指紋性。分析其太赫茲光譜，就可以研究與低頻振動直接相關的空間構象及生物功能等信息。而且，太赫茲波因其光子能量小(0.41-41meV)而不會引起生物細胞的電離化，因而具備安全性。另一方面，水分子在平衡位置附近的平動和轉動的弛豫時間處于皮秒(1THz)或亞皮秒量級(5.6THz)，這使得水分子與太赫茲波之間的相互作用異常強烈，由此可通過太赫茲波檢測溶質的水化作用，進而分析溶液濃度和生物分子的構象變化。

但是現有的基于太赫茲波的檢測方法存在著諸多不足有待于克服。主要為：水與太赫茲波的作用過強。在化學和生物學研究中，許多待測物質均存在于液相中，溶液中水分子對太赫茲波強烈的吸收將會導致與待測物質相關的太赫茲特征吸收信號被干擾和湮沒。而且，水分子在溶液中所形成的氫鍵網絡也會進一步加大溶液的復雜性與隨機性，導致檢測結果不準確。此外，如微生物一類待測物質與太赫茲波的相互作用較弱。典型的微生物大小約為1～3μm，約為太赫茲波長的1/100。兩者在空間尺度上的失配導致微生物對太赫茲波的瑞利散射較弱，使得太赫茲波的靈敏度較低，難以觀測到明顯的微生物對太赫茲的響應譜，測得信號的信噪比較低，獲得數據的可靠性較低。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種基于太赫茲波的檢測裝置及檢測系統，來解決上述問題。

為了實現上述的目的，本實用新型采用了如下的技術方案：

一種基于太赫茲波的檢測裝置，包括沿同一方向上依次設置的太赫茲波源、第一耦合光學元件組、微流控錐形光纖、第二耦合光學元件組和太赫茲波探測器，所述微流控錐形光纖包括微流控芯片和太赫茲錐形光纖，所述微流控芯片包括上基底和下基底，所述上基底和下基底相互鍵合，形成用于容納樣品液的傳感區流道，所述太赫茲錐形光纖包括錐腰區，所述錐腰區嵌入所述傳感區流道中。其中，所述太赫茲波源用于產生太赫茲波并將所述太赫茲波輸入至所述微流控錐形光纖，所述微流控錐形光纖用于使所述太赫茲波與所述傳感區流道內的樣品液相互作用，并使通過的所述太赫茲波產生透射至所述微流控錐形光纖外的倏逝波，所述太赫茲波探測器用于接收所述微流控錐形光纖輸出的太赫茲波，獲得所述樣品液中的待測物質的太赫茲倏逝波譜信號，所述第一耦合光學元件組和第二耦合光學元件組分別用于聚焦、準直以及耦合所述微流控錐形光纖兩端的太赫茲波。

優選地，所述微流控錐形光纖還包括用于驅動所述傳感區流道中的樣品液的輔助泵。

優選地，所述微流控錐形光纖還包括用于回收所述感區流道中的樣品液的回收單元。

優選地，所述太赫茲錐形光纖為太赫茲光纖進行拉錐形成的錐形光纖，所述太赫茲錐形光纖還包括分別連接在所述錐腰區兩端的拉錐區。

本實用新型還提供了一種基于太赫茲波的檢測系統，包括相互連接的計算機和如上所述的檢測裝置，所述計算機用于采集所述太赫茲波探測器獲得的太赫茲倏逝波譜信號，并對所述太赫茲倏逝波譜信號進行分析處理，獲得所述樣品液中的待測物質響應的太赫茲波譜圖。