本发明专利技术公开了一种基于波导耦合表面等离子共振的降低背景影响的检测方法。根据波导耦合表面等离子共振传感器响应的反射光强度曲线中，波导耦合表面等离子共振峰与波导耦合共振峰对于包括标签层和背景层在内的外界物质变化的灵敏度不相同的原理，选择波导耦合表面等离子共振峰和与其相邻的灵敏度较大的一个波导耦合共振峰，建立两个分别对应两个峰的位置偏移量与待测样品变化的方程。通过解该二元一次方程组，分别求得标签层和背景层的变化量，起到了降低背景层干扰的作用。本发明专利技术不需要添加参考通道，能够在简单的结构下对待测样品进行精确检测，减少了待测样品背景层的干扰，增加了检测系统的精度和可靠性，有利于实现高通量检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器及传感
具体涉及。
技术介绍
金属或半导体材料的表面电子行为类似于自由电子气体。表面等离子波是由金属表面的自由电荷集体振荡形成的，沿金属和电介质界面传播的振动。表面等离子波存在于两种介电常数符号相反(一般为金属与介质)的介质交界面上。其场强在交界面处达到最大，并且在界面两侧沿垂直于界面的方向呈指数式衰减，从而场被限制在界面附近。表面等离子共振(SPR)是一种物理光学现象，准直入射光束中垂直于介质表面的波矢分量激发金属表面电子振荡形成倏逝波，当光束平行于介质界面的波矢分量与表面等离子波的传播常数匹配时，光束能量就能通过倏逝波耦合进入介质界面形成表面等离子波，反射光能量减弱。当准直光束满足一定波长和入射角度条件时，光束耦合进入表面等离子波的能量比例最大，反射光能量最弱，同时相位产生延迟，形成表面等离子共振，此时产生表面等离子共振的光波波长称为共振波长，光波入射角度称为共振角度，同时在反射光强的响应曲线上看到一个反射光强度衰减的尖峰，这个尖峰称为共振峰。因此，表面等离子共振的产生受入射光波，金属薄膜和薄膜附近介质的特性的影响。当金属薄膜附近介质的折射率、厚度等参数发生改变时，相应引起表面等离子波的传播常数的变化，进而导致光波与表面等离子波的耦合特性变化，表现为耦合共振条件的改变， 如共振角度、共振波长、强度、相位的变化。利用这些变化来检测待测物的物理参数变化，是表面等离子共振传感器的基础。根据所测量的光学参数的不同，表面等离子共振传感器检测技术分为角度、波长、强度或者相位测量。波导耦合表面等离子共振是在传统的棱镜耦合表面等离子共振传感器的结构上， 将原来的单层金属薄膜结构变成金属薄膜-介质层-金属薄膜的结构。其结构示意如图1。 与传统耦合方式相比，它具有高灵敏度，高信噪比和高动态测量范围的特点。入射光波通过耦合棱镜入射到金属薄膜1产生倏逝波，若满足金属薄膜1与介质层界面的表面等离子波激发条件，则产生类似传统结构的表面等离子振荡；否则，能量耦合进介质层，当满足波导模式的相位匹配条件时，形成波导耦合模式，或称波导耦合共振 (WCR)；当形成波导耦合模式的相位同时满足下层金属薄膜2底面的表面等离子波相位匹配条件时，该模式能激发金属薄膜2下表面的表面等离子波，产生所谓的波导耦合表面等离子共振(WCSPR)。在实际应用中，通过测量反射光的光强度曲线，来判断波导耦合共振与波导耦合表面等离子共振的发生。当共振发生时，能量耦合进入介质层形成波导模式或在金属薄膜2表面形成表面等离子波，反射光强大幅度衰减。在反射光强度曲线上，会得到光强明显下降尖峰，称之为吸收峰。波导耦合表面等离子共振结构的反射光强度曲线上存在三种共振模式，即三种吸收峰传统表面等离子共振峰，波导耦合共振峰以及波导耦合表面等离子共振峰。三种共振的产生，均与入射光波、金属薄膜和介质层的物理参数密切相关。 由此可知，通过合理选择入射光波波长、金属薄膜及介质层，就能够设计波导耦合共振峰和波导耦合表面等离子共振峰在反射光强度曲线上的数量和出现位置。本专利技术在对波导耦合表面等离子结构的讨论中，不关心存在于金属薄膜1与介质层界面的传统表面等离子共振模式，因此，在下述讨论中，表面等离子共振均为波导耦合表面等离子共振的简称。表面等离子共振条件对附着在金属薄膜2表面的介质(以下简称外界物质)折射率等物理特性非常敏感。当外界物质的折射率或厚度等相关物理特性发生细微变化时，在反射光强度曲线上，具有高灵敏特性的波导耦合表面等离子共振峰及其相邻的波导耦合共振峰会发生位置的偏移或深度的改变。因此，通过检测峰的变化，就能检测出外界物质性质的变化，达到检测目的。波导耦合表面等离子共振检测技术应用于生化检测中，通常需要在金属薄膜2上使用标签分子。在金属薄膜2的表面形成标签层。标签分子与被检测物具有对应性，在金属薄膜2表面通过分子间相互作用(如范德华作用力、氢键、配位键等)两者形成特定的吸附。当待测物质与标签分子产生特定的吸附后，将改变标签层的物理特性，同时改变表面等离子共振产生的条件。在反射光强度曲线上，标签分子与待测分子之间的特定吸附的发生， 将导致波导耦合表面等离子共振峰及其相邻的一个波导耦合共振峰发生移动。通过测量这些峰的移动就可以检测到标签层的物理特性变化，从而检测出待测分子与标签分子之间是否相互作用，以达到检测的目的。表面等离子波是一种倏逝波，其振幅沿着垂直于金属薄膜 2界面的方向呈指数衰减，穿透深度往往在微米量级，即距金属薄膜2界面至少Ium左右的材料的特性对表面等离子共振效应都有一定影响。由于通常标签层的厚度都比较小，即使吸附了待测物质的标签层其厚度也不过200nm，因此，表面等离子共振条件的变化也会受到标签层以外的背景溶液的物理特性变化影响，例如背景溶液温度的起伏，背景溶液成分、浓度的变化，非标签分子的吸附。由这些变化引起的表面等离子共振响应统称为表面等离子共振的非特定响应。而标签分子与待测分子的特定吸附所形成的表面等离子共振响应，称之为特定响应。待测样品分层结构见图2，这里将标签层以外的溶液均称为背景层。在表面等离子共振实际测量中，背景层对测量结果的影响不容忽视。有时背景层的非特定响应甚至大于标签层的特定响应，从而使得若无参考信道，则无法区分表面等离子共振条件的改变是由何种响应引起的，对检测结果的判断和分析影响非常大。因此，如何消除背景层的影响是实际的表面等离子共振系统中必须考虑解决的问题之一。根据以上所述，外界物质特性发生变化时，波导耦合表面等离子共振峰和紧靠这个峰的灵敏度较大的那个波导耦合共振峰(以下称之为参照峰)在反射光强度曲线上均会发生偏移。在实际应用和理论计算中发现，当外界物质特性变化时，反射光强度曲线上相关峰的偏移量(称之为峰灵敏度)各不相同，即峰与峰的灵敏度各不相同，由于外界物质变化包括标签层的变化与背景层的变化，即使对于同一个峰而言，对于标签层变化的灵敏度和对于背景层变化的灵敏度也不相同。当满足下式时，可根据灵敏度的不同，实现区分外界物质变化中的由标签层变化引起的特定响应与由背景层变化引起的非特定响应Swcspr-s * Swcspr-b (1) ^WCR-S^WCR-B 其中，Sw。spk_s表示波导耦合表面等离子共振峰对与标签层折射率或厚度变化的灵敏度，SW。__B表示波导耦合表面等离子共振峰对与背景层折射率变化的灵敏度，Swra_s表示参照峰对与标签层折射率或厚度变化的灵敏度，SffCE_B表示参照峰对与背景层折射率变化的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术提出一种利用波导耦合表面等离子共振检测中，降低背景层干扰的新的测量方法，包括以下步骤(1)对如图1所示的波导耦合表面等离子共振传感器结构中的金属薄膜2进行表面生化预处理，使标签分子附着在金属薄膜2上，形成标签层；(2)将P偏振的入射光入射到上述传感器的金属薄膜1表面；(3)将不会引起金属薄膜2表面标签层性质变化的背景溶液，如不包含待测物分子或待测反应分子的背景溶液，进样，通过事先设计或调节波导耦合表面等离子共振传感器的结构参数，使得在金属薄膜2上发生波导耦合表面等离子共振，通过测量反射光的强度曲线，得到波导耦合表面等离子共振峰与波导耦合共振峰的位置，并记录保存光强度曲线.一入本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于波导耦合表面等离子共振的降低背景影响的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）在由金属薄膜－介质层－金属薄膜组成的波导耦合表面等离子共振传感器的与被检测物相邻的金属薄膜表面修饰标签分子，形成标签层；（２）在样品通道加入不含被检测物的溶液；（３）将波长固定的Ｐ偏振光入射到所述的波导耦合表面等离子共振传感器并发生反射；（４）改变入射光角度，得到反射光的反射强度的信息；（５）在样品通道加入含被检测物的溶液，并在所述传感器金属薄膜表面使标签分子与被检测物充分反应；（６）重复上述步骤（３），（４）；（７）根据步骤（４）、（６）得到的反射光随角度变化的规律，得到波导耦合表面等离子共振峰和一个波导耦合共振峰的位置，进而分别得到波导耦合表面等离子共振峰和波导耦合共振峰反应前后的共振峰位置偏移量；（８）根据步骤（７）所得的两个峰的偏移量，根据不同模式所对应的对于标签层折射率或厚度变化以及对于背景层折射率的变化的不同灵敏度，求解得到标签层、背景层的变化量。
【技术特征摘要】
1.一种基于波导耦合表面等离子共振的降低背景影响的检测方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在由金属薄膜-介质层-金属薄膜组成的波导耦合表面等离子共振传感器的与被检测物相邻的金属薄膜表面修饰标签分子，形成标签层；(2)在样品通道加入不含被检测物的溶液；(3)将波长固定的P偏振光入射到所述的波导耦合表面等离子共振传感器并发生反射；(4)改变入射光角度，得到反射光的反射强度的信息；(5)在样品通道加入含被检测物的溶液，并在所述传感器金属薄膜表面使标签分子与被检测物充分反应；(6)重复上述步骤(3)，⑷；(7)根据步骤(4)、(6)得到的反射光随角度变化的规律，得到波导耦合表面等离子共振峰和一个波导耦合共振峰的位置，进而分别得到波导耦合表面等离子共振峰和波导耦合共振峰反应前后的共振峰位置偏移量；(8)根据步骤(7)所得的两个峰的偏移量，根据不同模式所对应的对于标签层折射率或厚度变化以及对于背景层折射率的变化的不同灵敏度，求解得到标签层、背景层的变化量。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑铮，万育航，李魏，鹿智婷，朱劲松，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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