專利名稱：表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，屬于生化傳感檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)技術(shù)與納米結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)已發(fā)展延伸到表面等離子體光學(xué)，金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離子體性質(zhì)得到深入研究和揭示，研究發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)可以激發(fā)金屬納米結(jié)構(gòu)表面的自由電子產(chǎn)生共振，對(duì)于某入射光頻率范圍，光與表面自由電子耦合共振出現(xiàn)強(qiáng)烈的近場(chǎng)局域化和光譜選擇吸收，這種共振模式對(duì)金屬結(jié)構(gòu)周圍區(qū)域介質(zhì)折射率的變化非常敏感，由于這種特性，使它可以應(yīng)用于生化傳感檢測(cè)領(lǐng)域。目前已有很多工作都在研究金屬納米粒子的消光特性，它隨著粒子的形狀、尺寸、陣列類型以及周圍環(huán)境的變化而變化，并將這局域化表面等離子體共振通過對(duì)粒子吸收或者散射光譜特性的分析，應(yīng)用于生化傳感檢測(cè)，其中有納米球、方形和方形柱、長(zhǎng)方形和長(zhǎng)方形柱、圓柱、正四面體、三角形和三角形柱、棱形和棱形柱等等類型金屬納米粒子結(jié)構(gòu)列陣，這些結(jié)構(gòu)中以三角形和棱形列陣粒子結(jié)構(gòu)為最好。但是，即使是三角形和棱形結(jié)構(gòu)，這種類型的共振曲線半高全寬值很大(60-100nm)，折射率靈敏度也較小，只有10-30nm/RIU，使得品質(zhì)因素只達(dá)到0.2-1，甚至更小，因此傳感靈敏度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的雙面高斯形剖面金屬納米光柵結(jié)構(gòu)的高靈敏度表面等離子生化傳感檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，其特點(diǎn)在于包括被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)、金屬納米結(jié)構(gòu)基片、半透半反立方鏡或半透半反鏡或反射鏡、偏振片、濾光片、準(zhǔn)直鏡、照明光纖、集光鏡、氙燈光源、聚光鏡、單色儀、光電倍增管、信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)部分、被測(cè)生化樣品、XY掃描臺(tái)和掃描驅(qū)動(dòng)控制器；氙燈光源、集光鏡和照明光纖組成對(duì)被測(cè)生化樣品照明的照明系統(tǒng)；準(zhǔn)直鏡、濾光片、偏振片和半透半反立方鏡或半透半反鏡或反射鏡依次放置，使照明系統(tǒng)發(fā)出的照明光變成有一定波長(zhǎng)范圍的TM偏振平行光照射被測(cè)生化樣品，涂有被測(cè)生化樣品的金屬納米結(jié)構(gòu)基片放置在XY掃描臺(tái)上的被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)上；聚光鏡、單色儀和光電倍增管組成檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，安放在半透半反立方鏡或半透半反鏡或反射鏡的一側(cè)，由照明系統(tǒng)射出的光經(jīng)準(zhǔn)直起偏后射入被測(cè)生化樣品和金屬納米結(jié)構(gòu)基片中，產(chǎn)生局域化表面等離子體共振，射出的檢測(cè)光通過檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，被光電倍增管接收和轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過信號(hào)處理和數(shù)碼轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)部分，檢測(cè)出生化樣品的種類，檢測(cè)完該處的被測(cè)生化樣品后，再通過計(jì)算機(jī)部分和掃描驅(qū)動(dòng)控制器控制掃描臺(tái)運(yùn)動(dòng)到另一位置進(jìn)行檢測(cè)，直到金屬納米結(jié)構(gòu)基片上所有需檢測(cè)的被測(cè)生化樣品都檢測(cè)完。
所述的由氙燈光源、集光鏡和照明光纖組成的照明系統(tǒng)安放在最上方，下方依次放置準(zhǔn)直鏡、濾光片、偏振片、半透半反立方鏡或半透半反鏡或反射鏡。
所述的由氙燈光源、集光鏡和照明光纖組成的照明系統(tǒng)安放在最下方，上方依次放置準(zhǔn)直鏡、濾光片、偏振片、半透半反立方鏡或半透半反鏡或反射鏡。
所述的該裝置金屬納米結(jié)構(gòu)基片由基板和金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片組成，基板是一壓制在金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片上的高折射透光物質(zhì)層，其相對(duì)折射率為1.55-1.85，金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片是一由金材料構(gòu)成的薄膜片，該薄膜片的厚度為35-135nm，在它的上下表面均刻有等周期高斯形剖面納米光柵結(jié)構(gòu)，以上表面其中某一個(gè)高斯形溝槽底部O為坐標(biāo)原點(diǎn)，上表面結(jié)構(gòu)輪廓表示為
y(x)=-HΣm=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]]]>下表面結(jié)構(gòu)輪廓表示為y(x)=-(H+t)+HΣM=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]]]>式中Λ為光柵周期，H為槽深，ω為高斯槽寬，t為未刻透的深度(t≥5nm)，m為光柵個(gè)數(shù)，光柵周期Λ＝250-650nm，槽深H＝15-55nm，未刻透深度t＝5-25nm，高斯槽寬ω＝12-80nm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明傳感器檢測(cè)得到的共振曲線不僅峰值高，而且曲線峰值半高全寬值很小，折射率靈敏度大，使達(dá)到的品質(zhì)因素很高，因此傳感靈敏度也達(dá)到很高。
(2)傳感用金屬納米光柵結(jié)構(gòu)基片采用雙面高斯形剖面結(jié)構(gòu)，由于是高斯形剖面的金屬光柵結(jié)構(gòu)，可用電子束光刻或離子束光刻方法方便制作。
(3)整個(gè)傳感測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、調(diào)整方便，對(duì)環(huán)境要求低，而傳感測(cè)量的精度卻很高。
(4)金屬納米結(jié)構(gòu)基片上可以涂放很多被測(cè)生化樣品列陣，用計(jì)算機(jī)控制移動(dòng)分別檢測(cè)，從而檢測(cè)效率和速度高，易于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置總結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置總結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置總結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片zoy平面局部放大剖面圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片A向局部放大圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例的生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片的共振反射譜主峰傳感組合光譜圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例3生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片的共振透射譜主峰傳感組合光譜圖；圖8為本發(fā)明計(jì)算機(jī)部分和掃描驅(qū)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明軟件控制處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例1的表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置總結(jié)構(gòu)圖。它由被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1、金屬納米結(jié)構(gòu)基片2、半透半反立方鏡4、偏振片6、濾光片7、準(zhǔn)直鏡8、照明光纖9、集光鏡10、氙燈光源11、聚光鏡13、單色儀14、光電倍增管16、信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器17、計(jì)算機(jī)部分18、被測(cè)生化樣品19、XY掃描臺(tái)20和掃描驅(qū)動(dòng)控制器21組成。氙燈光源11、集光鏡10和照明光纖9組成對(duì)被測(cè)生化樣品19照明的照明系統(tǒng)，并安放于準(zhǔn)直鏡8上方。下方依次放置的準(zhǔn)直鏡8、濾光片7、偏振片6和半透半反立方鏡4使照明光變成有一定波長(zhǎng)范圍的TM偏振平行光，并通過半透半反立方鏡4垂直射入下方的多處涂有被測(cè)生化樣品19和金屬納米結(jié)構(gòu)基片2。被測(cè)生化樣品19的金屬納米結(jié)構(gòu)基片2放置在被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1上，被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1放置在XY掃描臺(tái)20上，XY掃描臺(tái)20位置由計(jì)算機(jī)部分18通過掃描驅(qū)動(dòng)控制器21控制。半透半反立方鏡4、聚光鏡13、單色儀14和光電倍增管16組成檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，依次安放在半透半反立方鏡4的一側(cè)。氙燈光源11發(fā)出的連續(xù)光譜通過集光鏡10將光聚集到照明光纖9的入射端902，光通過入射端面?zhèn)魅胝彰鞴饫w9，經(jīng)過照明光纖9傳輸后，從照明光纖9的出射端901的出射面射出，光纖射出的發(fā)散光經(jīng)準(zhǔn)直鏡8準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光通過濾光片7濾光和偏振片6起偏振后，變成波長(zhǎng)范圍為450nm-950nm的TM偏振平行光5，然后垂直射入組成半透半反立方鏡4的兩個(gè)直角棱鏡，從立方鏡射出的TM偏振平行光3垂直射入多處涂有被測(cè)生化樣品19和金屬納米結(jié)構(gòu)基片2，由于金屬納米結(jié)構(gòu)基片2的金屬薄膜上下面上作有納米結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生局域化表面等離子體共振，其反射光12原路返回射入半透半反立方鏡4，并通過其中的半反射面403反射，從90°角方向射出，通過聚光鏡13聚光射入單色儀14，經(jīng)單色儀14分光后射入光電倍增管16，光電倍增管16將被檢測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)放大，再通過信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器17處理和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)部分18，由計(jì)算機(jī)比較檢測(cè)出金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上某位置樣品反射譜曲線，判別出生化樣品的種類，檢測(cè)完該處的被測(cè)生化樣品后，再通過計(jì)算機(jī)部分18和掃描驅(qū)動(dòng)控制器21控制XY掃描臺(tái)20運(yùn)動(dòng)到另一位置進(jìn)行檢測(cè)，直到金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上所有需檢測(cè)的被測(cè)生化樣品19都檢測(cè)完。
如圖1所示，半透半反立方鏡4是由2個(gè)直角棱鏡402和401的斜面相互膠合而成的，其中斜面403鍍有半透半反射膜。從上方垂直射入的偏振光5一半透過從下方直線射出，照明被測(cè)生化樣品19和金屬納米結(jié)構(gòu)基片2。從下方返回的檢測(cè)反射光12通過半透半反立方鏡4的下方直角棱鏡401，經(jīng)斜面403半反射面反射，一半光以90°角水平射向聚光鏡13。
如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例2的另一表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置總結(jié)構(gòu)圖。它由被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1、金屬納米結(jié)構(gòu)基片2、半透半反鏡4′、偏振片6、濾光片7、準(zhǔn)直鏡8、照明光纖9、集光鏡10、氙燈光源11、聚光鏡13、單色儀14、光電倍增管16、信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器17、計(jì)算機(jī)18、被測(cè)生化樣品19、XY掃描臺(tái)20和掃描驅(qū)動(dòng)控制器21組成。氙燈光源11、集光鏡10和照明光纖9組成對(duì)被測(cè)生化樣品19照明的照明系統(tǒng)，安放于準(zhǔn)直鏡8上方。下方依次放置的準(zhǔn)直鏡8、濾光片7、偏振片6和半透半反鏡4′使照明光變成波長(zhǎng)范圍為450nm-950nm的TM偏振平行光，半透半反鏡4′的下表面是一半透半反射面，與水平面成45°角放置。多處涂有被測(cè)生化樣品19的金屬納米結(jié)構(gòu)基片2放置在被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1上，被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1放置在XY掃描臺(tái)20上，XY掃描臺(tái)20位置由計(jì)算機(jī)18通過掃描驅(qū)動(dòng)控制器21控制。半透半反鏡4′、聚光鏡13、單色儀14和光電倍增管16組成檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，依次安放在半透半反鏡4′的一側(cè)。照明系統(tǒng)通過準(zhǔn)直鏡8、濾光片7和偏振片6后發(fā)出的TM偏振平行光5，經(jīng)半透半反鏡4′一半透過垂直照明被測(cè)生化樣品19和金屬納米結(jié)構(gòu)基片2，由于金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上下面上的納米結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生局域化表面等離子體共振，發(fā)射出反射光12原路返回射向半透半反鏡4′，經(jīng)下面的半反射面反射，一半光以90°角方向射向聚光鏡13，通過聚光鏡13聚光射入單色儀14，通過單色儀14分光后射入光電倍增管16，光電倍增管16將被檢測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)放大，再通過信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器17處理和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)部分18，比較檢測(cè)出金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上某位置樣品反射譜曲線，判別出生化樣品的種類，檢測(cè)完該處的被測(cè)生化樣品后，再通過計(jì)算機(jī)部分18和掃描驅(qū)動(dòng)控制器21控制XY掃描臺(tái)20運(yùn)動(dòng)到另一位置進(jìn)行檢測(cè)，直到金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上需檢測(cè)的被測(cè)生化樣品19都檢測(cè)完。
如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例3表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置總結(jié)構(gòu)圖。它由被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1、金屬納米結(jié)構(gòu)基片2、反射鏡4″、偏振片6、濾光片7、準(zhǔn)直鏡8、照明光纖9、集光鏡10、氙燈光源11、聚光鏡13、單色儀14、光電倍增管16、信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器17、計(jì)算機(jī)18、被測(cè)生化樣品19、XY掃描臺(tái)20和掃描驅(qū)動(dòng)控制器21組成。氙燈光源11、集光鏡10和照明光纖9組成對(duì)被測(cè)生化樣品19照明的照明系統(tǒng)，安放于準(zhǔn)直鏡8下方。上方依次放置的準(zhǔn)直鏡8、濾光片7和偏振片6使照明光變成波長(zhǎng)范圍為450nm-950nm的TM偏振平行光3，從下方垂直照明。反射鏡4″位于金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上方，其下表面是反射面，與水平面成45°角放置。多處涂有被測(cè)生化樣品19的金屬納米結(jié)構(gòu)基片2樣品面朝下放置在被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1上，被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1放置在中空的XY掃描臺(tái)20上，XY掃描臺(tái)20由計(jì)算機(jī)部分18通過掃描驅(qū)動(dòng)控制器21控制。反射鏡4″、聚光鏡13、單色儀14和光電倍增管16組成檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，依次安放在反射鏡4″的一側(cè)。照明系統(tǒng)通過準(zhǔn)直鏡8、濾光片7和偏振片6后發(fā)出的TM偏振平行光3，從下方垂直照明被測(cè)生化樣品19和金屬納米結(jié)構(gòu)基片2，由于金屬納米基片2薄膜上下面上有納米結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生局域化表面等離子體共振，產(chǎn)生透射光射向反射鏡4″，經(jīng)反射鏡4″反射，透射光12以90°角方向水平射向聚光鏡13，聚光并射入單色儀14，經(jīng)單色儀14分光后射入光電倍增管16，光電倍增管16將檢測(cè)到光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，同時(shí)放大，再通過信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器17處理和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)部分18，比較檢測(cè)出金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上某位置樣品透射譜曲線，判別出生化樣品的種類，檢測(cè)完該位置的被測(cè)生化樣品后，通過計(jì)算機(jī)18部分和掃描臺(tái)控制器21控制XY掃描臺(tái)20運(yùn)動(dòng)到另一需檢測(cè)的位置進(jìn)行檢測(cè)，直到金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上所有被測(cè)生化樣品19都檢測(cè)完。
如圖4所示，是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3中的金屬納米結(jié)構(gòu)基片2的zoy平面局部放大剖面圖。它由基板201和金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片202組成?；?01是一壓制在金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片202上的高折射率透光物質(zhì)層，其折射率為1.55-1.85，是SF系列的玻璃層，金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片202是一由金材料構(gòu)成的薄膜片，該薄膜片的厚度為35-135nm，在它的上下表面均刻有等周期高斯形22剖面納米光柵結(jié)構(gòu)，以上表面其中某一個(gè)高斯形溝槽底部O為坐標(biāo)原點(diǎn)，其上表面包含高斯形結(jié)構(gòu)輪廓表示為y(x)=-HΣM=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]---(1)]]>下表面包含高斯形結(jié)構(gòu)輪廓表示為y(x)=-(H+t)+HΣm=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]---(2)]]>兩式中，Λ為光柵周期，H為槽深，ω為高斯槽寬(離槽深1/e高度時(shí)的寬度)，t為未刻透的深度(t≥5nm)，m為光柵個(gè)數(shù)。在本發(fā)明中，光柵周期Λ＝250-650nm，槽深H＝15-55nm，未刻透深度t＝5-25nm，高斯槽寬ω＝12-80nm。
如圖5所示，是本發(fā)明實(shí)施例生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片2的A向局部放大圖。在金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片202正反面上，對(duì)稱刻有多個(gè)成陣列的高斯形剖面光柵納米結(jié)構(gòu)22，在每個(gè)高斯形剖面光柵納米結(jié)構(gòu)區(qū)上面涂上被測(cè)生化樣品19。
如圖6所示，是本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2的測(cè)量得到的生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片2的共振反射譜主峰傳感組合光譜圖。圖中示出了不同折射率的被測(cè)生化樣品19，經(jīng)檢測(cè)得到的不同折射率時(shí)的共振反射譜主峰曲線，如折射率n＝1.2時(shí)的共振反射譜主峰26，折射率n＝1.3時(shí)的共振反射譜主峰25，折射率n＝1.4時(shí)的共振反射譜主峰24，折射率n＝1.5時(shí)的共振反射譜主峰23。
如圖7所示，是本發(fā)明實(shí)施例3測(cè)量得到的生化傳感金屬納米結(jié)構(gòu)基片2的共振透射譜主峰傳感組合光譜圖。圖中示出了不同折射率的被測(cè)生化樣品19，經(jīng)檢測(cè)得到的不同折射率時(shí)的共振透射譜主峰曲線，如折射率n＝1.2時(shí)的共振透射譜主峰27，折射率n＝1.3時(shí)的共振透射譜主峰28，折射率n＝1.4時(shí)的共振透射譜主峰29，折射率n＝1.5時(shí)的共振透射譜主峰30。
共振反(透)射譜的主峰23-30大小和位置是隨光柵的結(jié)構(gòu)與被測(cè)生化樣品的折射率不同而改變的，其中主峰大小與光柵周期、槽深和高斯槽寬相關(guān)，主峰的位置隨光柵周期、槽深、高斯槽寬，以及樣品折射率的增大向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，移動(dòng)快慢和峰值的大小直接影響到傳感靈敏度，當(dāng)峰值隨樣品折射率變化移動(dòng)越大越深越窄時(shí)，品質(zhì)因數(shù)越高，傳感靈敏度也越高，傳感器的品質(zhì)因數(shù)用下式表示FOM=q(nm/RIU)FWHM(nm)---(3)]]>式中，q為折射率靈敏度，F(xiàn)WHM為光柵反(透)射光譜的半高全寬，本發(fā)明的半高全寬值達(dá)到6-8nm，折射率靈敏度達(dá)到300-370nm/RIU，使傳感品質(zhì)因數(shù)達(dá)到了35-60，大大優(yōu)于其它傳感器或檢測(cè)裝置。
如圖8所示，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)部分18包括恒光強(qiáng)燈源控制1801、氙燈1805、總線接口1802、A/D轉(zhuǎn)換1803、數(shù)字光譜圖像緩存1806、光電倍增管電源1804、光電倍增管1807和計(jì)算機(jī)1808；掃描驅(qū)動(dòng)控制器21包括x步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2101和y步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2102。氙燈1805在計(jì)算機(jī)1808的指令通過總線1802由恒光強(qiáng)燈源控制1801控制下發(fā)出光強(qiáng)恒定的光作為本發(fā)明的照明光，照明金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上的被測(cè)生化樣品19，計(jì)算機(jī)1808通過總線1802控制，對(duì)從光電倍增管1807送來的被測(cè)生化樣品光譜圖像曲線進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字光譜圖像曲線，并存入數(shù)字光譜圖像緩存1806，等待和進(jìn)行比較，檢測(cè)出被測(cè)生化樣品19的物質(zhì)種類，在檢測(cè)完一個(gè)位置的被測(cè)生化樣品的物質(zhì)種類后，計(jì)算機(jī)1808通過總線1802指令掃描驅(qū)動(dòng)控制器21，控制驅(qū)動(dòng)x步進(jìn)電機(jī)和y步進(jìn)電機(jī)，使掃描臺(tái)作x方向、y方向移動(dòng)，把金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上的另外還未被檢測(cè)的被測(cè)生化樣品19送到檢測(cè)位進(jìn)行檢測(cè)。
如圖9所示為本發(fā)明的軟件控制處理流程圖。其原理是檢測(cè)工作開始，先接通燈等各部電源，預(yù)置參數(shù)，如金屬納米結(jié)構(gòu)基片2的被測(cè)生化樣品19點(diǎn)數(shù)及位置，檢測(cè)精度等，掃描臺(tái)自動(dòng)歸零，接著在被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)1上裝入金屬納米結(jié)構(gòu)基片2，Xy掃描驅(qū)動(dòng)控制器21自動(dòng)將被測(cè)生化樣品19移動(dòng)到檢測(cè)位，然后計(jì)算機(jī)1808指令采集由光電倍增管1807送來并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字光譜圖像，存入數(shù)字光譜圖像緩存1806，并提取反(透)射光譜峰值波長(zhǎng)、半寬高和反(透)射率等有關(guān)信息，由計(jì)算機(jī)1808和機(jī)內(nèi)預(yù)先已存有的已知物種有關(guān)信息自動(dòng)比較，比較在一定精度要求下是否相同，如結(jié)果相同，計(jì)算機(jī)1808則輸出并顯示該位置被測(cè)生化樣品19的種類，如結(jié)果不相同，計(jì)算機(jī)1808則顯示被測(cè)樣品19的光譜圖像曲線和原來相近的已知圖像，由操作人員判讀被測(cè)生化樣品19的物種或新發(fā)現(xiàn)的物種，同時(shí)提取峰值波長(zhǎng)、半寬高和反(透)射率等信息，存入計(jì)算機(jī)，增加已存有的已知物種，這樣直到金屬納米結(jié)構(gòu)基片2上的所有被測(cè)生化樣品19都被檢測(cè)完，取下被測(cè)金屬納米結(jié)構(gòu)基片2，結(jié)束檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，其特征在于包括被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)(1)、金屬納米結(jié)構(gòu)基片(2)、半透半反立方鏡(4)或半透半反鏡(4′)或反射鏡(4″)、偏振片(6)、濾光片(7)、準(zhǔn)直鏡(8)、照明光纖(9)、集光鏡(10)、氙燈光源(11)、聚光鏡(13)、單色儀(14)、光電倍增管(16)、信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器(17)、計(jì)算機(jī)部分(18)、被測(cè)生化樣品(19)、XY掃描臺(tái)(20)和掃描驅(qū)動(dòng)控制器(21)；氙燈光源(11)、集光鏡(10)和照明光纖(9)組成對(duì)被測(cè)生化樣品(19)照明的照明系統(tǒng)；準(zhǔn)直鏡(8)、濾光片(7)、偏振片(6)和半透半反立方鏡(4)或半透半反鏡(4′)或反射鏡(4″)依次放置，使照明系統(tǒng)發(fā)出的照明光變成有一定波長(zhǎng)范圍的TM偏振平行光照射被測(cè)生化樣品(19)，涂有被測(cè)生化樣品(19)的金屬納米結(jié)構(gòu)基片(2)放置在XY掃描臺(tái)(20)上的被測(cè)樣品測(cè)試臺(tái)(1)上；聚光鏡(13)、單色儀(14)和光電倍增管(16)組成檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，安放在半透半反立方鏡(4)或半透半反鏡(4′)或反射鏡(4″)的一側(cè)，由照明系統(tǒng)射出的光經(jīng)準(zhǔn)直起偏后射入被測(cè)生化樣品(19)和金屬納米結(jié)構(gòu)基片(2)中，產(chǎn)生局域化表面等離子體共振，射出的檢測(cè)光通過檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，被光電倍增管(16)接收和轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再通過信號(hào)處理和數(shù)碼轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)部分(18)，檢測(cè)出生化樣品的種類，檢測(cè)完該處的被測(cè)生化樣品后，再通過計(jì)算機(jī)部分(18)和掃描驅(qū)動(dòng)控制器(21)控制XY掃描臺(tái)20運(yùn)動(dòng)到另一位置進(jìn)行檢測(cè)，直到金屬納米結(jié)構(gòu)基片(2)上所有需檢測(cè)的被測(cè)生化樣品19都檢測(cè)完。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，其特征在于所述的由氙燈光源(11)、集光鏡(10)和照明光纖(9)組成的照明系統(tǒng)安放在最上方，下方依次放置準(zhǔn)直鏡(8)、濾光片(7)、偏振片(6)、半透半反立方鏡(4)或半透半反鏡(4′)或反射鏡(4″)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，其特征在于所述的由氙燈光源(11)、集光鏡(10)和照明光纖(9)組成的照明系統(tǒng)安放在最下方，上方依次放置準(zhǔn)直鏡(8)、濾光片(7)、偏振片(6)、半透半反立方鏡(4)或半透半反鏡(4′)或反射鏡(4″)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，其特征在于所述的金屬納米結(jié)構(gòu)基片(2)由基板(201)和金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片(202)組成，基板(201)是一壓制在金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片(202)上的高折射透光物質(zhì)層，其相對(duì)折射率為1.55-1.85，金屬納米結(jié)構(gòu)薄膜片(202)是一由金材料構(gòu)成的薄膜片，該薄膜片的厚度為35-135nm，在它的上下表面均刻有等周期高斯形剖面(22)納米光柵結(jié)構(gòu)，以上表面其中某一個(gè)高斯形溝槽底部0為坐標(biāo)原點(diǎn)，上表面結(jié)構(gòu)輪廓表示為y(x)=-HΣm=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]]]>下表面結(jié)構(gòu)輪廓表示為y(x)=-(H+t)+HΣm=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]]]>式中Λ為光柵周期，H為槽深，ω為高斯槽寬，t為未刻透的深度(t≥5nm)，m為光柵個(gè)數(shù)，光柵周期Λ＝250-650nm，槽深H＝15-55nm，未刻透深度t＝5-25nm，高斯槽寬ω＝12-80nm。
全文摘要
表面等離子體生化傳感檢測(cè)裝置，由測(cè)試臺(tái)、金屬納米結(jié)構(gòu)基片、半透半反鏡、偏振片、濾光片、準(zhǔn)直鏡、照明光纖、集光鏡、氙燈光源、聚光鏡、單色儀、光電倍增管、信號(hào)處理數(shù)碼轉(zhuǎn)換器、被測(cè)生化樣品、XY掃描臺(tái)、掃描驅(qū)動(dòng)控制器和計(jì)算機(jī)部分組成，被測(cè)生化樣品涂放于金屬納米結(jié)構(gòu)基片上，被上方的照明系統(tǒng)照明后，其反射光通過光學(xué)系統(tǒng)的半透半反鏡反射，聚光鏡聚光，由光電倍增管接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，處理轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后送入計(jì)算機(jī)部分，檢測(cè)出生化樣品的種類，并經(jīng)掃描臺(tái)移動(dòng)快速測(cè)出眾多個(gè)生化樣品。該檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、調(diào)整方便，靈感度高，檢測(cè)效速高，易于應(yīng)用推廣。
文檔編號(hào)G01N33/50GK101051025SQ20071009910
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者陳旭南, 羅先剛, 李海穎 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所