本發(fā)明屬于生物傳感技術(shù)領(lǐng)域，利用基于棱鏡結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振(SPR)傳感元件，將檢測信號調(diào)諧至紅外波段，涉及到表面等離子體共振(SPR)原理。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，可以實現(xiàn)對生物樣品高靈敏度高分辨率的測量，在生物小分子傳感領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

背景技術(shù)：

表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)傳感技術(shù)是一種新型的光電檢測技術(shù)。當(dāng)光入射到鍍有一定厚度金屬薄膜的棱鏡表面時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象，在滿足一定條件時，形成的消逝波與介質(zhì)中的等離子波發(fā)生共振效應(yīng)，因此入射光強度大幅度衰減，即為SPR效應(yīng)。由于它對吸附在金屬表層的介質(zhì)折射率具有良好的敏感性和動態(tài)響應(yīng)性，因此能夠檢測傳感表面與折射率有關(guān)的變化(如生物分子結(jié)合過程等)。與傳統(tǒng)傳感器相比，SPR傳感器具有抗電磁干擾、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、生物、化學(xué)等許多重要領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前SPR傳感器由于其靈敏度和分辨率的限制，因此在蛋白小分子結(jié)合和細胞特性檢測領(lǐng)域具有一定的局限性，因此實現(xiàn)高靈敏度探測是目前SPR檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。目前，多數(shù)SPR傳感器多應(yīng)用于大分子檢測領(lǐng)域，只能檢測大分子量的生物樣品，因此，設(shè)計高靈敏度高分辨率的SPR傳感器成為小分子檢測領(lǐng)域的迫切需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種高靈敏度、高分辨率的棱鏡式SPR生物傳感器。該傳感器基于SPR傳感原理，通過對光源入射角進行調(diào)諧，可以改變SPR檢測信號的波長范圍。當(dāng)SPR檢測信號處于紅外波段時，可以大幅度提高SPR檢測信號的靈敏度。相比于常見的可見光波段SPR傳感器，該發(fā)明可以提高一個數(shù)量級的靈敏度，從而實現(xiàn)了高靈敏度、快速響應(yīng)的蛋白質(zhì)檢測，在生物小分子傳感領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

高靈敏度紅外波段SPR生物傳感器，其傳感區(qū)包括棱鏡1、金屬薄膜2和待測樣品3，棱鏡1上濺射一層45-55nm金屬薄膜2，流通池安裝在濺射有金屬薄膜2的棱鏡1側(cè)；寬帶光源10提供入射光，通過多模光纖14導(dǎo)出，再經(jīng)過準直透鏡11以一定的光源入射角6射入棱鏡1，在傳感區(qū)表面發(fā)生SPR效應(yīng)，出射光5再經(jīng)準直透鏡11由多模光纖14傳入光譜儀12中，數(shù)據(jù)經(jīng)USB數(shù)據(jù)線15導(dǎo)入電腦13；將流通池9固定于金屬薄膜2表面，待測樣品3通過樣品進液口7導(dǎo)入，從樣品出液口8導(dǎo)出，實現(xiàn)待測樣品3檢測；通過改變光源入射角6，調(diào)節(jié)SPR檢測信號的波長范圍，增大光源入射角，SPR波長向長波方向漂移，提高SPR檢測信號靈敏度。

所述的光源入射角6小于90度。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過改變光源入射角度，可以對SPR檢測信號實現(xiàn)波長調(diào)諧，從而可調(diào)諧SPR信號的靈敏度，大幅度提升SPR傳感器靈敏度，相比于普通可見光波段的SPR傳感器，該發(fā)明靈敏度可提升一個數(shù)量級。此外，本發(fā)明采用的棱鏡式SPR傳感元件具有良好的穩(wěn)定性和精確度，可實現(xiàn)高靈敏度、高分辨率、高精度的實時快速檢測。該發(fā)明無需拋光研磨，激光加工，化學(xué)腐蝕，生化膜系合成等手段，制作工藝簡單，操作方便快捷，可以實現(xiàn)微濃度、小分子樣品的SPR高靈敏度檢測，在生物化學(xué)檢測領(lǐng)域具有很好的前景。

附圖說明

圖1為棱鏡式傳感元件示意圖。

圖2為SPR檢測系統(tǒng)圖。

圖3為折射率檢測示意圖。

圖4為不同波段SPR靈敏度對比圖。

圖中：1棱鏡；2金屬薄膜；3待測樣品；4入射光；5出射光；

6光源入射角；7樣品進液口；8樣品出液口；9流通池；10寬帶光源；

11準直透鏡；12光譜儀；13電腦；14多模光纖；15USB數(shù)據(jù)線。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。

實施例

1.制備工藝

1)利用磁控濺射技術(shù)在棱鏡1一側(cè)表面沉積為50nm的金屬薄膜，并固定于支架上；

2)將流通池9安裝在棱鏡1表面，用于待測樣品3傳輸；

3)采用SMA905作為連接器，多模光纖14將寬帶光源10的光導(dǎo)入準直透鏡11中，并將光束投射至棱鏡1表面，光源入射角小于90度；

4)從棱鏡1出射出的光再次經(jīng)過準直透鏡11，經(jīng)多模光纖14導(dǎo)入光譜儀12；

5)利用USB數(shù)據(jù)線15將光譜儀12中的數(shù)據(jù)傳入電腦13，用于數(shù)據(jù)處理和分析。

2.操作

1)測試裝置如圖2所示。實驗進行前，當(dāng)沒有通入待測樣品3時，保持傳感器干燥，分別點亮/熄滅光源，通過光譜儀12采集背景光譜/暗光譜；

2)利用蠕動泵將待測樣品3通入流通池9中，光在傳感表面發(fā)生SPR效應(yīng)，對待測樣品3進行檢測；

3)對數(shù)據(jù)進行記錄，每5秒記錄一組，并存儲；

4)如圖3所示，通入不同折射率的待測樣品3時，該系統(tǒng)具有良好的折射率響應(yīng)，當(dāng)SPR信號對應(yīng)1550nm波段時，折射率靈敏度為4985nm/RIU(單位折射率)；

5)減小光源入射角，相應(yīng)調(diào)整光路，可以對SPR信號的波長向紅外波段調(diào)諧，如圖4所示，隨著SPR信號的波長增大，傳感靈敏度大幅度提高，波長范圍在1550nm波段時，SPR的信號靈敏度相對于可見光波段可以提高一個數(shù)量級。