本发明专利技术公开了一种基于表面等离子体共振与生物传感的水芯片，沿光线方向依次设有光源、扩束镜、起偏器、等腰直角棱镜、四分之一波片、检偏器、成像透镜和面阵ＣＣＤ，等腰直角棱镜的斜边面镀有金膜，通过在金膜上进行生物修饰形成能与待测水溶液中的杂质发生特异性吸附的生物敏感膜，将杂质对待测水溶液的折射率变化转化为反射光光强变化，通过金膜与等腰直角棱镜的界面处发生的ＳＰＲ效应来检测出折射率变化，从而检测出溶液中的物质浓度。本发明专利技术可以一次性检测出水体中多种不同物质成分的浓度，简化了光路和机械结构，提高水体检测效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业测试
，尤其涉及一种基于表面等离子体共振与生物传感 的水芯片。
技术介绍
表面等离子体共振(Surface Plasmon resonance，SPR)技术是一种高精度检测技 术。SI^R的基本原理是入射的ρ光在棱镜与金属薄膜交界面发生全内反射，产生的倏逝波会 引起金属薄膜表面自由电子产生表面等离子，当倏逝波和表面等离子波的频率和波数相等 时两者会发生共振。共振发生时，入射光的能量急剧下降，反射光谱上出现最小光强值。SPR 共振发生的条件与金属薄膜另一面的介质折射率有关，通过检测反射光谱可精确测得金属 薄膜另一面的介质折射率。捷克人Homola于1998年在《Sensors and Actuators》上发表 的文章"Novel polarization control scheme for spectral surface ρlasmon resonance sensors”中提出了一种包括光发射组件、光反射组件、光偏振态调制组件和光接收组件的 表面等离子体共振传感器，并用不同折射率介质验证了这种偏振调制方法和理论数值的契口 /又O如果金属薄膜另一面的介质是一种溶液，并针对溶液中某种杂质或生物分子对金 属膜表面进行相应的化学生物修饰，使杂质与修饰层发生反应，改变溶液的折射率，从而改 变反射光谱。通过表面等离子体共振传感器检测此反射光谱则可精确测得该种杂质或生物 分子的浓度。SI^R相对于其他检测技术，具有灵敏度高、所需样品少、样品无需标记和快速检 测的优点，因此被广泛应用于生物、化学、医学、环境监测等领域。目前，可短时间内分析大量样本的高通量sra检测方法有光强调制法和相位调制 法。相位调制法具有很高的灵敏度，它通过观察干涉图样的变化来测定相位的变化，从而测 定样品的折射率。但是这种方法中实现波面相位的高精度实时检测较困难，并且系统的光 路复杂，机械精度要求较高，制作困难。普通的光强检测法采用入射角固定的平行光入射， 通过监视反射光强的变化分布来测定样品的折射率。这种方法系统结构简单，测量算法简 便，但是测量精度低。在现今的水质检测分析项目中，经常涉及到检测水样品中某几种特定物质的含 量。现有的分析方法大多是化学方法，需要在实验室条件下完成，从取样到获得数据耗时较 长，且一次只能检测出一种指标，无法满足快速精确、多参数测量的水体检测需求。
技术实现思路
本专利技术针对水体检测中无法快速测试出水体中多种杂质浓度的问题，提供一种基 于表面等离子体共振与生物传感的水芯片，采用特定的生物化学修饰层和sra原理，能够 同时检测出水体中多种杂质的浓度。—种基于表面等离子体共振与生物传感的水芯片，包括光发射组件、光反射组件、 光偏振态调制组件、光接收组件；所述的光发射组件由光源、扩束镜组成，光源发出的光线经扩束镜后变为平行光 线.一入 ，所述的光反射组件包括等腰直角棱镜及其斜边面上的金膜，金膜的反光面朝向等 腰直角棱镜，厚度一般为几十纳米；所述的光偏振态调制组件包括位于扩束镜与等腰直角棱镜入射直角面之间的起 偏器和位于等腰直角棱镜出射直角面之后的四分之一波片、检偏器；所述的光接收组件包括位于检偏器之后的成像透镜和面阵CXD ；所述的金膜的非反光面上设有生物敏感膜，生物敏感膜上设置镂空薄膜，镂空区 域形成若干个反应池。所述的镂空薄膜由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备，这种材料透光、无毒、廉价，具有 一定的化学惰性，不会与溶液中的杂质反应而干扰测试结果。所述的生物敏感膜由在反应池底部的金膜上进行特异性抗原或抗体的生物修饰 制备，其上表面为能与待测水溶液中的生物杂质发生特异性吸附的抗原或抗体，其下表面 为将上表面的抗原或抗体与金膜通过共价键偶联在一起的基质层物质。例如，检测水溶液 中的微囊藻毒素(MC-LR)，生物敏感膜上表面为与微囊藻毒素发生特异性吸附的微囊藻毒 素抗体。为了使得微囊藻毒素抗体与金膜紧密连接，需要基质层物质将微囊藻毒素抗体与 金膜偶联起来，基质层物质可选用牛血清蛋白(BSA)。所述的光源采用740nm的红光光源，采用这种光源可增大整个水芯片系统的测量 灵敏度。在测量时，在反应池内滴入待测溶液后，调整所述的起偏器的起偏角度、四分之一 波片的快轴方向和检偏器的检偏角度组合使经过金膜反射后的光线在面阵CCD上出现消 光点，当出现消光点时，表示水芯片系统对所滴入的待测溶液的折射率具有最大的灵敏度。 一旦调整好光学元件的角度组合之后，只要待测溶液的折射率变化不大，则无需再调整系 统也会出现消光点。这些光学元件的角度组合并不唯一，但为了简化光路结构和调整过程， 可将光源发出的光线设置为垂直入射于所述的扩束镜、起偏器、等腰直角棱镜、四分之一波 片、检偏器、成像透镜和面阵(XD。由光源发出的光线，经扩束镜发散成平行光，此平行光束经起偏器起振后，变成同 时包含P光和S光的线偏振光，线偏振光从等腰直角棱镜的入射直角面入射，被等腰直角棱 镜折射至等腰直角棱镜斜边面上的金膜的反光面。由于在金膜和等腰直角棱镜的交界面发 生了表面等离子体共振，P光和s光有着不同的相位变化和反射率，经过金膜反射后的反射 光成为偏振态可知的椭圆偏振光，此椭圆偏振光从等腰直角棱镜的出射直角面出射，调整 四分之一波片，使得四分之一波片的快轴方向与此椭圆偏振光的长轴方向一致，则经过四 分之一波片后，此椭圆偏振光变成为线偏振光，再经过与此线偏振光正交放置的检偏器，则 可以在面阵CCD上得到消光点。在消光点附近，存在着一段近似线性的折射率-反射光强曲线，反应池中的溶液 里待测物质与生物敏感膜发生反应导致溶液折射率改变，将改变之后的曲线与标准折射 率-反射光强曲线比对即可得到此反应池中溶液的折射率，再与物质浓度-折射率标准曲 线对比即可得到溶液中此物质的浓度。每个反应池底部所镀的生物敏感膜不同，经过不同反应池的光线形成不同的光路 通道，不同反应池内溶液折射率的改变量不同，使每路光路通道所携带的信息不同，通过检测每路光路通道可以检测出水体里多种不同物质的浓度。为了进一步提高系统检测灵敏度，减小光源光强波动，及等腰直角棱镜、金膜表面 缺陷对检测结果的影响，可以将所有反应池内为空(即不滴入待测溶液)时的测量结果作 为校准数据，同时在对样品溶液进行测量时保留一个反应池为空，这个反应池的测试数据 作为参比通道数据。则校准数据与参比通道数据含有两次测量时光源光强波动误差，通过 归一化可以减小两次测量时光源光强波动的影响。其他装有样品溶液的反应池所测得的结 果与这些反应池的校准数据都携带有等腰直角棱镜及金膜的表面缺陷等信息，通过归一化 方法便可消除上述因素对检测结果的影响，可提高测试精度。本专利技术利用sra检测技术及生物修饰技术实现了一次性测量水体中多种不同含 量成分浓度的功能，将sra对光线产生的偏振态变化转化为光强变化，实现测量的高灵敏 度，简化了测量方式和测量过程，简化了光路和机械结构，便于水质检测分析项目中的现场 实时检测。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术反应池的结构示意图；图3为实验测得的微囊藻毒素-LR抗体溶液的浓度_光强曲线；图4为实验测得的OA抗体溶液的浓度_光强曲线。具体实施例方式实施例1如图1所示，本专利技术一种基于表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于表面等离子体共振与生物传感的水芯片，其特征在于：包括光发射组件、光反射组件、光偏振态调制组件、光接收组件；所述的光发射组件由光源、和位于光源之后的扩束镜组成；所述的光反射组件包括等腰直角棱镜及其斜边面上的金膜，金膜的反光面朝向等腰直角棱镜；所述的光偏振态调制组件包括位于扩束镜与等腰直角棱镜入射直角面之间的起偏器、位于等腰直角棱镜出射直角面之后的四分之一波片和检偏器；所述的光接收组件包括位于检偏器之后的成像透镜和面阵ＣＣＤ；所述的金膜的非反光面上设有生物敏感膜，生物敏感膜上设有镂空薄膜，镂空区域形成若干个反应池；所述的生物敏感膜的下表面通过共价键与金膜偶联，生物敏感膜的上表面为与待测生物杂质发生特异性吸附的抗原或抗体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓萍，孙博书，黄子昊，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。