[發明專利]非掃描式智能數字化集成SPR檢測器

無效

• 申請號: 200710068054.1
• 申請日: 2007-04-16
• 公開（公告）號: CN101059436A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 王曉萍;張雪姣;趙光燦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/41
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及光電檢測技術、微控制器(MCU)技術、數字通信技術、生物傳感技術，尤其是指一種基于表面等離子(SPR)檢測技術的非掃描式智能數字化集成SPR檢測器。

背景技術

通常表面等離子共振(SPR)的檢測調制方法有角度調制、波長調制、強度調制和相位調制等四種。

強度調制型的SPR傳感器比較簡單，但是其抗干擾性能較差，測量精度低，實用性不高。相位調制型的SPR傳感器靈敏度最高，但是需要一系列的高頻電路，且結果分析非常困難。對于波長調制型的SPR傳感器，由于波長調制難以實現，也很少使用。而角度調制型的SPR傳感器，由于其原理簡單、檢測精度高等優點，在SPR監測分析儀器中得到了廣泛的應用。應用中，一般采用的方式是步進電機轉角經細分后通過一個機械裝置帶動光源旋轉，以實現光源入射光角度的掃描。這種裝置的機械結構復雜、體積大，具有可動部件，難以實現儀器的小型化和便攜化，不方便用于現場監測。

發明內容

本發明在保證測量精度和準確度的前提下，提供了一種非掃描式智能數字化集成SPR檢測器。

一種非掃描式智能數字化集成SPR檢測器，由光學系統、傳感芯片和信號檢測電路組成，所述的光學系統包括LED光源、偏振片、棱鏡和反射鏡；所述的傳感芯片是鍍有金屬膜的材料與棱鏡一致的玻璃片，使用者可以根據不同的檢測對象，在金屬膜上生長與待檢測分子(受體)相對應的配體，構成傳感芯片的敏感膜。傳感芯片耦合在棱鏡上；使用者只要配制不同的敏感膜，就可以運用該檢測器測量樣品溶液中不同污染物的濃度，配體-受體的親和性常數、動力學常數等。

所述的信號檢測電路包括LED驅動電路、CCD陣列及其驅動電路、信號檢測與采集電路、A/D轉換電路、MCU控制電路和數字通信電路；LED光束經偏振片入射到傳感芯片的玻璃片與金屬膜的交界面上，當含有待測物的溶液流經傳感芯片表面時，入射光在發生全內反射時有一部分光以倏逝波的形式穿透金屬膜進入溶液，當入射光線的入射角滿足發生表面等離子體子共振的條件時，光能被吸收，使反射光的能量下降，攜帶樣品溶液信息的反射光束經反射鏡再次反射，全部回射到信號檢測與采集電路上，被CCD陣列接收，CCD陣列輸出的模擬信號經A/D轉換電路轉化為數字信號，并經MCU控制電路處理后，輸出至PC機。

所述的金屬膜選用厚度為40-60nm的金膜、銀膜或金銀混合膜。

所述的傳感芯片通過一種折射率與棱鏡材料匹配的聚合物耦合于棱鏡上。

所述的聚合物選用美國Transene公司的環氧粘合劑epoxy20，透光率高達90％以上。

所述的信號檢測電路集成于一塊印刷電路板上。

所述的棱鏡注塑于印刷電路板上。

在檢測器內部，LED光源發出的發散光束經偏振片形成P偏振光，相當于以一個角度范圍入射到棱鏡和傳感芯片的交界面上，在金屬膜處產生SPR效應，即大于臨界角的那部分入射光束發生全內反射，而對于其中的一個特定角度，恰好能滿足表面等離子共振條件時，P偏振光的部分能量耦合進入表面等離子波，反射光能量下降，反射率出現最小值，此角度稱為共振角。共振角隨著傳感芯片表面樣品溶液的折射率或溶液中被測成分濃度的變化而變化，因此可以通過測量和分析入射光束的反射率光譜，測得溶液的折射率和某特定成分的濃度。隨后，攜帶樣品溶液相關信息的反射光束經過高反射率反射鏡的再次反射，全部回射到信號檢測與采集電路上，被CCD陣列接收，CCD陣列中不同的象元接收來自不同入射角的反射光線，得到的SPR曲線(SPR光譜)是反射光強相對于入射角的函數(反射率vs角度)，其中反射光強最低點即為SPR共振角；CCD陣列輸出的模擬信號經A/D轉換電路轉化成數字信號，并經MCU控制電路處理后，通過RS232或USB通信接口傳送至PC機進行存儲顯示和進一步的分析處理。

本發明SPR檢測器采用非掃描式的角度調制方式和結構，既保留了SPR傳感技術的特點，同時由于采用了LED光源的寬角度入射，將角度分布轉化為空間分布，無需進行角度掃描，一者提高了測量速度，易于保證測量精度，增加了測量數據的可靠性，再者去除了精密的入射角度掃描裝置，簡化了角度調整機構，避免了可動傳動部件帶來的測試誤差，增強了可操作性，避免了傳統方法中結構龐大、系統復雜等問題。

且本發明中SPR信號檢測電路集成于一塊印刷電路板上，棱鏡注塑于該印刷電路板上，SPR光譜數據直接數字量輸出，實現了傳感器的集成化、小型化和數字化，為設計開發便攜式SPR監測儀器和現場SPR監測儀器打下堅實的基礎。

附圖說明

圖1為本發明SPR檢測器的結構示意圖；