[發明專利]一種衍射成像分子檢測裝置及其應用

在審

• 申請號: 202210542788.3
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN115096852A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 蔡暻煊;周建華;吳明熙;李國華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/41;G01N21/65;G01N33/543;G02B5/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 蘇晶晶

本發明公開了一種衍射成像分子檢測裝置及其應用。本發明的衍射成像分子檢測裝置，包括光源單元、LSPR傳感單元、分光單元和顯示單元；所述LSPR傳感單元設于光源單元和分光單元之間，且三者平行分布在同一光路上；所述分光單元為曲面全息光柵；所述光源單元為檢測裝置提供光信號，光穿透LSPR傳感單元上的待測樣品溶液后，再穿過LSPR傳感單元到達分光單元，分光單元將光信號分光后投射于顯示單元形成衍射圖像，無需使用高靈敏度、高分辨率的光譜儀，僅通過分析衍射圖像中像素位置和強度分布關系即可獲得傳感單元界面分子吸附變化的過程。

技術領域

本發明涉及光學器件技術領域，更具體地，涉及一種衍射成像分子檢測裝置及其應用。

背景技術

由于金屬和介電納米光子結構的超表面具有在亞波長范圍內操縱光散射的獨特能力，其廣泛應用于納米光子領域。而且，局域表面等離子體共振效應是金屬納米結構的特有的光學性質，當一束光照射到超表面時，光的頻率與金屬納米粒子表面的自由電子振動頻率相同時會產生共振，進而使得金屬納米結構對周圍環境的折射率變化十分敏感，因此金屬納米結構十分適合應用于超表面納米結構上的薄層附著物的折射率變化的傳感，以檢測附著物分子在溶液中的變化及其傳感器界面吸附變化的過程。

然而，當超表面納米結構上附著物的量非常小時，采用常規的光譜儀難以檢測上述附著物分子在溶液中的變化過程及其在傳感器界面吸附變化過程，需要高靈敏度和高分辨率的光譜儀才可以記錄附著物的變化過程，但這種光譜儀通常體積龐大，昂貴且復雜，嚴重阻礙了超表面在分子傳感和許多其他日常檢測場景中的應用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中檢測微量附著物分子在溶液中的變化及其在傳感器界面的吸附變化過程需要使用高靈敏度、高分辨率光譜儀的缺陷和不足，提供一種衍射成像分子檢測裝置，將作為LSPR傳感單元的等離子體超表面和作為分光單元的曲面全息光柵相結合，在檢測光依次經過待測樣品溶液和傳感LSPR傳感單元后到達分光單元，僅需經過分光單元分光處理即可形成衍射圖像，不需要使用昂貴且復雜的高分辨率光譜儀，即可檢測分子在溶液中的變化及其在傳感單元界面的吸附變化過程。

本發明的另一目的是提供一種基于單色相機分子檢測裝置。

本發明的又一目的是提供一種衍射成像分子檢測裝置在檢測溶液折射率中的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種衍射成像分子檢測裝置，包括光源單元1、LSPR傳感單元2、分光單元3和顯示單元4；所述LSPR傳感單元2設于光源單元1和分光單元3之間，且三者水平分布在同一光路上；所述分光單元3為曲面全息光柵；所述光源單元1為檢測裝置提供光信號，光穿透LSPR傳感單元2上的待測溶液后，再穿過LSPR傳感單元2到達分光單元3，分光單元3將光信號分光后投射于顯示單元4形成衍射圖像。

本發明的衍射成像分子檢測裝置將LSPR傳感單元(等離子體超表面)和分光單元(曲面全息光柵)相結合，在檢測光依次經過待測樣品溶液和傳感LSPR傳感單元后，到達分光單元，在經過分光單元分光處理投射于顯示單元(光屏)形成衍射圖像，對衍射圖像中像素位置和強度(亮度)的最大值的變化進行分析后可得到待測樣品溶液折射率的變化，進而獲得待測樣品分子在LSPR傳感單元界面吸附變化的過程。

一種曲面全息光柵的制備方法，包括以下步驟：

S1.以氧化銦錫導電玻璃為載體，先通過納米壓印，再電鍍形成銅納米光柵；

S2.將聚乙烯醇水溶液均勻涂覆于S1中的銅納米光柵上，再進行干燥處理形成銅納米光柵/聚乙烯醇復合膜；

S3.將S2中的銅納米光柵/聚乙烯醇復合膜固定于球面透鏡的凸側面并加熱處理；

S4.去除銅納米光柵/聚乙烯醇復合膜中的聚乙烯醇，即可獲得曲面全息光柵。