專利名稱：單面刻槽表面等離子體生化傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種單面刻槽表面等離子體生化傳感器，屬于生化傳感探測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著等離子光學(xué)研究的深入及納米結(jié)構(gòu)加工技術(shù)的進(jìn)步，金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離子體性質(zhì)得到了應(yīng)用。根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的電磁場可以激發(fā)金屬納米結(jié)構(gòu)表面自由電子產(chǎn)生共振，對于某入射光頻率范圍，光與表面自由電子耦合產(chǎn)生共振，出現(xiàn)強(qiáng)烈的近場局域化和光譜選擇吸收，該共振模式對金屬結(jié)構(gòu)周圍區(qū)域介質(zhì)折射率的變化非常敏感，利用這種特性在生化傳感探測方面得到應(yīng)用。目前不僅根據(jù)某些粒子的形狀和陣列，通過對局域化和光譜吸收的光譜特性分析制作出能應(yīng)用于生化檢測的傳感器，而且對納米光柵結(jié)構(gòu)也已研制出生化傳感器。但是，這些傳感器的共振曲線半高全寬值很大(50-100nm)，折射率靈敏度較小，只有10-30nm/RIU，使得品質(zhì)因素只有0.1-0.5，甚至更小，因此傳感靈敏度極低；但有的如雙面刻槽結(jié)構(gòu)表面等離子體生化傳感器，其品質(zhì)因素盡管已達(dá)到較高(≥40)，由于制作難度很大，需進(jìn)行雙面納米級對準(zhǔn)刻槽等，不便于推廣應(yīng)用。

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，提供一種傳感靈敏度和測量精度高，且結(jié)構(gòu)簡單，方便制作的單面刻槽表面等離子體生化傳感器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于包括照明器、傳光光纖、傳感檢測箱、照明光束整理系統(tǒng)、被測樣品、單面刻槽的納米光柵基片、檢測光學(xué)系統(tǒng)、單色儀、光電倍增管、數(shù)碼轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)；照明器通過傳光光纖和傳感檢測箱連接；被測樣品涂放在單面刻槽的納米光柵基片上，與照明光束整理系統(tǒng)和檢測光學(xué)系統(tǒng)密封在傳感檢測箱內(nèi)；射入傳感檢測箱內(nèi)的光經(jīng)過照明光束整理系統(tǒng)整理垂直照明被測樣品，由于被測樣品涂放在單面刻槽的納米光柵基片上，產(chǎn)生了表面等離子體共振和局域化表面等離子體共振(LSPR)，反射后通過檢測光學(xué)系統(tǒng)檢測到，再射入單色儀中分為單色光，經(jīng)過光電倍增管接收，由光電倍增管接收轉(zhuǎn)換為電信號并放大，通過數(shù)碼轉(zhuǎn)換進(jìn)行信號處理與數(shù)碼轉(zhuǎn)換，將此數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)比較檢測出納米光柵基片上被測樣品的反射譜曲線，判別出生化試樣的種類。
所述的照明器由照明光源和集光聚光鏡組成，照明光源是一鹵素?zé)艋螂療舭l(fā)出的連續(xù)光譜的光源，發(fā)出的光通過集光聚光鏡聚光，會聚于傳光光纖的入射端面上，并由此進(jìn)入傳光光纖傳輸?shù)焦饫w出射端。
所述的傳感檢測箱包括傳感探測室和樣品室兩部分，傳感探測室和樣品室由帶孔的傳感檢測箱隔板隔開，被測樣品和單面刻槽的納米光柵基片置于樣品室內(nèi)，照明光束整理系統(tǒng)和檢測光學(xué)系統(tǒng)位于傳感探測室內(nèi)，照明光束整理系統(tǒng)垂直照明并整理被測樣品，檢測光學(xué)系統(tǒng)檢測被測樣品產(chǎn)生的局域化表面等離子體共振的反射光。
所述照明光束整理系統(tǒng)由依次水平放置的準(zhǔn)直鏡、濾光片、偏振片組成，傳光光纖的光纖出射端射出的連續(xù)光譜，經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直，濾光片濾光，偏振片起偏振，使其變成波長范圍為400nm-960nm的TM偏振平行光，垂直射入檢測光學(xué)系統(tǒng)中的半透半反立方鏡。
所述的檢測光學(xué)系統(tǒng)由半透半反立方鏡和聚光鏡組成，通過半透半反立方鏡的一半光透過射向樣品室中的被測樣品與納米光柵基片上，從被測樣品來的反射光通過檢測光學(xué)系統(tǒng)的半透半反立方鏡的反射，后以90°角射向聚光鏡，通過聚光鏡聚光，將檢測光會聚于單色儀的光束入射面上。樣品室內(nèi)有包括上導(dǎo)軌和下導(dǎo)軌座的基片插槽，下導(dǎo)軌座安裝于樣品室的側(cè)壁上，被測樣品的納米光柵基片插入由上下導(dǎo)軌組成的基片插槽內(nèi)。
所述單面刻槽的納米光柵基片由基板和納米結(jié)構(gòu)薄膜片組成，基板是壓制在納米結(jié)構(gòu)薄膜片上的高折射率透明玻璃板層，其折射率為1.50-1.90；納米結(jié)構(gòu)薄膜片是由銀或金材料構(gòu)成的薄膜片，薄膜片的厚度為30-125nm，在它的上表面刻有等周期高斯形剖面納米光柵結(jié)構(gòu)，在光柵結(jié)構(gòu)部位均勻涂有被測樣品。
所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括恒光強(qiáng)燈源控制、鹵素?zé)?、總線接口、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字光譜圖像緩存、光電倍增管電源、光電倍增管和計(jì)算機(jī)；鹵素?zé)粼谟?jì)算機(jī)的指令下通過總線接口由恒光強(qiáng)燈源控制控制下發(fā)出光強(qiáng)恒定的光作為照明光，照明在單面刻槽的納米光柵基片上的被測樣品，計(jì)算機(jī)通過總線接口控制，對從光電倍增管送來的被測生化樣品光譜圖像曲線通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字光譜圖像曲線，并存入數(shù)字光譜圖像緩存中，等待和已存儲的物種光譜圖像進(jìn)行比較，檢測出被測樣品的物質(zhì)種類，原理是由于被測樣品涂放在能產(chǎn)生表面等離子體共振和局域化表面等離子體共振(LSPR)的單面刻槽光柵基片上，使垂直射入照明被測樣品的光，出現(xiàn)局域化和對部分光譜強(qiáng)烈吸收，反射出來的檢測光帶有部分光譜吸收峰，通過單色儀等檢測分析系統(tǒng)，在得到各種被測樣品共振反射譜主峰曲線傳感光譜圖(如16-23)后，就可以比較判別出被測樣品的生化種類。
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)明由于采用上述的結(jié)構(gòu)，將被測樣品涂放在單刻槽表面的納米光柵基片上，使探測到的共振曲線不僅峰值高，而且曲線峰值半高全寬值很小，達(dá)到≤7nm，折射率靈敏度大，使達(dá)到的品質(zhì)因素高(≥60)，因此傳感靈敏度和測量精度很高。
(2)傳感金屬納米光柵基片采用單面高斯形刻槽剖面結(jié)構(gòu)，由于是單面剖面的金屬光柵結(jié)構(gòu)，可方便用電子束光刻或離子束光刻方法制作，不需進(jìn)行正反面納米圖形的超高精度對準(zhǔn)。
(3)本發(fā)明上述的結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用、模塊型、調(diào)整攜帶和使用方便，對環(huán)境要求低，檢測速度快，易于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例單面刻槽表面等離子體生化傳感器總結(jié)構(gòu)正視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例圖1的俯視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片xoy平面局部高斯形剖面放大圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片B向局部放大圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片刻槽深度50nm的各種被測樣品共振反射譜主峰傳感組合光譜圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片刻槽深度60nm的各種被測樣品共振反射譜主峰傳感組合光譜圖；圖7為本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖；圖8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、2所示，本發(fā)明由照明器1、傳光光纖2、傳感檢測箱3、照明光束整理系統(tǒng)4、被測樣品6、單面刻槽的的納米光柵基片7、檢測光學(xué)系統(tǒng)9、單色儀10、光電倍增管11、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器12、計(jì)算機(jī)13、檢測箱蓋14和樣品室小蓋15組成。照明器1通過傳光光纖2和傳感檢測箱3連接，光電倍增管11安放在單色儀10的出光端接收傳感檢測光，并通過單色儀10與傳感檢測箱3的出光端相接，檢測箱蓋14蓋在傳感檢測箱3的上面，將照明光束整理系統(tǒng)4和檢測光學(xué)系統(tǒng)9密封在傳感檢測箱3內(nèi)的傳感探測室301內(nèi)，樣品室小蓋15蓋在樣品室302的上面，以防灰塵和雜光進(jìn)入，被測樣品6通過單面刻槽的納米光柵基片7插在樣品室302中基片插槽8內(nèi)。由照明器1發(fā)出的光通過照明光纖2的入射端201，傳入傳光光纖2傳輸，從出射端202的出射面射出，并射入傳感檢測箱3內(nèi)，通過內(nèi)部的照明光束整理系統(tǒng)4整理照明放于樣品室內(nèi)的被測樣品6，由于被測樣品6涂放在單刻槽表面的納米光柵基片7上，經(jīng)上述光照后產(chǎn)生了表面等離子體共振和局域化表面等離子體共振(LSPR)，其共振反射(檢測)光通過檢測光學(xué)系統(tǒng)9檢測，然后射入單色儀10內(nèi)被分為單色光、再由光電倍增管11接收轉(zhuǎn)換為電信號并放大，通過數(shù)碼轉(zhuǎn)換器12進(jìn)行信號處理與數(shù)碼轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)13，由計(jì)算機(jī)13比較檢測出單刻槽表面的納米光柵基片7上被測樣品6的反射譜曲線，判別出生化試樣的種類。
如圖1、2所示，照明器1由照明光源101和集光聚光鏡102組成，照明光源101是一鹵素?zé)舭l(fā)出的連續(xù)光譜的光源，由于是鹵素?zé)粽彰?，光源更為簡單，光?01發(fā)出的光通過集光聚光鏡102的聚光，會聚于傳光光纖2的入射端面201上，并由此進(jìn)入傳光光纖2傳輸?shù)焦饫w出射端202，因此由照明光源產(chǎn)生的大量熱量不會傳入傳感檢測箱3中。
如圖1所示，傳感檢測箱3包括傳感探測室301和樣品室302兩部分，傳感探測室301和樣品室302由帶孔的傳感檢測箱隔板303隔開，被測樣品6和單面刻槽的納米光柵基片7置于樣品室302內(nèi)，照明光束整理系統(tǒng)4和檢測光學(xué)系統(tǒng)9位于傳感探測室301內(nèi)，照明光束整理系統(tǒng)4垂直照明并整理被測樣品6，檢測光學(xué)系統(tǒng)9檢測被測樣品6產(chǎn)生的局域化表面等離子體共振的反射光。
樣品室302內(nèi)有包括上導(dǎo)軌801和下導(dǎo)軌座802的基片插槽8，下導(dǎo)軌座802安裝于樣品室302的側(cè)壁上，涂有被測樣品6的單面刻槽的納米光柵基片7可方便插入基片插槽8內(nèi)，接受傳感探測室301內(nèi)照明光束整理系統(tǒng)4射出的照明光垂直照明與檢測光學(xué)系統(tǒng)9的探測。
如圖1所示，照明光束整理系統(tǒng)4由依次水平放置的準(zhǔn)直鏡401、濾光片402、偏振片403組成，傳光光纖2的光纖出射端202射出的連續(xù)光譜，經(jīng)準(zhǔn)直鏡401準(zhǔn)直，濾光片402濾光，偏振片403起偏振，使其變成波長范圍為400nm-960nm的TM偏振平行光，垂直射入檢測光學(xué)系統(tǒng)9中的半透半反立方鏡5上。
如圖1所示，檢測光學(xué)系統(tǒng)9由半透半反立方鏡5和聚光鏡901組成，通過半透半反立方鏡5的一半光透過射向樣品室302中的被測樣品6與單面刻槽的納米光柵基片7上，從被測樣品6來的反射光通過檢測光學(xué)系統(tǒng)9的半透半反立方鏡5的反射，后以90°角射向聚光鏡901，通過聚光鏡901聚光，將檢測光會聚于單色儀10的光束入射面上。半透半反立方鏡5由第一個(gè)直角棱鏡501和第二個(gè)直角棱鏡502的斜面503相互膠合而成的，斜面503鍍有半透半反射膜，垂直射入的偏振光一半透過射出，返回的檢測反射光通過第二個(gè)直角棱鏡502，經(jīng)斜面503半透半反射面反射，反射光以90°角水平射向聚光鏡901。
如圖3所示，為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片xoy平面局部高斯形剖面放大圖。單面刻槽的納米光柵基片7由基板701和納米結(jié)構(gòu)薄膜片702組成?；?01是一壓制在納米結(jié)構(gòu)薄膜片702上的高折射率透明玻璃板，其折射率為1.50-1.90，納米結(jié)構(gòu)薄膜片702是一由銀或金材料構(gòu)成的薄膜片，薄膜片的厚度為30-125nm，在它的上表面刻有等周期高斯形70201剖面納米光柵結(jié)構(gòu)，在光柵結(jié)構(gòu)部位均勻涂有被測樣品6，以其中某一個(gè)高斯形溝槽底部0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)]]>上式中，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≥10nm)，m為光柵個(gè)數(shù)。在本發(fā)明實(shí)施例一中，光柵周期Λ＝350-650nm，光柵數(shù)m≥50，槽深H＝20-65nm，未刻透深度t＝10-60nm，高斯槽寬ω＝25-80nm。
如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片B向局部放大圖。在納米結(jié)構(gòu)薄膜片702的上面，刻有一組高斯形剖面光柵納米結(jié)構(gòu)70201，在高斯形剖面光柵納米結(jié)構(gòu)區(qū)域上均勻涂有被測生化樣品6。
如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片刻槽深度50nm時(shí)的各種被測樣品共振反射譜主峰曲線傳感組合光譜圖。圖中示出了一組不同折射率的被測生化樣品6，經(jīng)檢測得到的如折射率n＝1.2時(shí)共振反射譜主峰曲線16，折射率n＝1.3時(shí)共振反射譜主峰曲線17，折射率n＝1.4時(shí)共振反射譜主峰曲線18和折射率n＝1.5時(shí)共振反射譜主峰曲線19。
如圖6所示，為本發(fā)明實(shí)施例納米光柵基片刻槽深度60nm時(shí)的各種被測樣品共振反射譜主峰曲線傳感組合光譜圖。圖中示出了另一組不同折射率的被測生化樣品6，經(jīng)檢測得到的如折射率n＝1.2時(shí)共振反射譜主峰曲線20，折射率n＝1.3時(shí)共振反射譜主峰曲線21，折射率n＝1.4時(shí)共振反射譜主峰曲線22和折射率n＝1.5時(shí)共振反射譜主峰曲線23。
從圖5、6所示，本發(fā)明中由于被測生化樣品6涂放在單面刻槽的納米光柵基片7上，使垂直射入照明被測樣品的光，產(chǎn)生了表面等離子體共振和局域化表面等離子體共振(LSPR)，出現(xiàn)局域化和與樣品6相對應(yīng)的光譜強(qiáng)烈吸收，反射出來的檢測光帶有光譜吸收峰，通過單色儀10等檢測分析系統(tǒng)，即可得到各種被測樣品6共振反射譜主峰曲線傳感光譜圖，客觀上，不同的物種(不同的折射率)的共振反射譜主峰曲線傳感光譜圖都有不同的半寬高、峰值波長和反射率，因此分析比較傳感光譜峰值曲線圖的不同，即可反推出不同的被測生化樣品6種類。
從圖5、6所示，共振反射譜的主峰曲線16-23大小和位置是隨光柵的結(jié)構(gòu)與被測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)]]>式中，q為折射率靈敏度，F(xiàn)WHM為光柵反射光譜的半高全寬，本發(fā)明實(shí)施例的半高全寬值達(dá)到7nm，折射率靈敏度達(dá)到400-450nm/RIU，使傳感品質(zhì)因數(shù)≥60，大大優(yōu)于其它傳感器。
如圖7所示，為本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)13包括恒光強(qiáng)燈源控制1301、鹵素?zé)?305、總線接口1302、A/D轉(zhuǎn)換12、數(shù)字光譜圖像緩存1306、光電倍增管電源1304、光電倍增管1303和計(jì)算機(jī)1307。鹵素?zé)?305在計(jì)算機(jī)1307的指令通過總線接口1302由恒光強(qiáng)燈源控制1301控制下發(fā)出光強(qiáng)恒定的光作為本發(fā)明的照明光，照明單面刻槽的納米光柵基片7上的被測樣品6，計(jì)算機(jī)1307通過總線1302接口控制，對從光電倍增管1303送來的被測生化樣品光譜圖像曲線通過A/D轉(zhuǎn)換12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1306中，等待和已存儲的物種光譜圖像進(jìn)行比較，檢測出被測樣品6的物質(zhì)種類。
如圖8所示，為本發(fā)明軟件控制處理流程圖。其原理是檢測工作開始，先接通各部電源，預(yù)置參數(shù)，如被測樣品6精度等，接著在基片插槽8內(nèi)插入涂有被測樣品6的單面刻槽的納米光柵基片7，然后計(jì)算機(jī)1307指令采集由光電倍增管1303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1306，并提取反射光譜峰值波長、半寬高和反射率等有關(guān)信息，由計(jì)算機(jī)1307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)1307則輸出并顯示該被測樣品6的種類，如結(jié)果不相同，計(jì)算機(jī)1307則顯示被測樣品6的光譜圖像曲線和原來已存有相近的已知圖像，由操作人員判讀被測樣品6的物種或新發(fā)現(xiàn)的物種，同時(shí)提取峰值波長、半寬高和反射率等信息，存入計(jì)算機(jī)，增加已存有的已知物種，取下被單面刻槽的納米光柵基片7，結(jié)束檢測。
權(quán)利要求
1.單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于包括照明器(1)、傳光光纖(2)、傳感檢測箱(3)、照明光束整理系統(tǒng)(4)、被測樣品(6)、單刻槽的納米光柵基片(7)、檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)、單色儀(10)、光電倍增管(11)、數(shù)碼轉(zhuǎn)換(10)和計(jì)算機(jī)(13)；照明器(1)通過傳光光纖(2)和傳感檢測箱(3)連接；被測樣品(6)涂放在單面刻槽的納米光柵基片(7)上，與照明光束整理系統(tǒng)(4)和檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)密封在傳感檢測箱(3)內(nèi)；射入傳感檢測箱(3)內(nèi)的光經(jīng)過照明光束整理系統(tǒng)(4)整理垂直照明被測樣品(6)，由于被測樣品(6)涂放在單面刻槽的納米光柵基片(7)上，產(chǎn)生了表面等離子體共振和局域化表面等離子體共振，反射后通過檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)檢測，再射入單色儀(10)中分為單色光，經(jīng)過光電倍增管(11)接收，由光電倍增管(11)接收轉(zhuǎn)換為電信號并放大，通過數(shù)碼轉(zhuǎn)換(12)進(jìn)行信號處理與數(shù)碼轉(zhuǎn)換，將此數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)(13)中，由計(jì)算機(jī)比較檢測出單面刻槽的納米光柵基片(7)上被測樣品(6)的反射譜曲線，判別出生化試樣的種類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述的照明器(1)由照明光源(101)和集光聚光鏡(102)組成，照明光源(101)是一鹵素?zé)艋螂療舭l(fā)出的連續(xù)光譜的光源，發(fā)出的光通過集光聚光鏡(102)聚光，會聚于傳光光纖(2)的入射端面(201)上，并由此進(jìn)入傳光光纖(2)傳輸?shù)焦饫w出射端(202)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述的傳感檢測箱(3)包括傳感探測室(301)和樣品室(302)兩部分，傳感探測室(301)和樣品室(302)由帶孔的傳感檢測箱隔板(303)隔開，被測樣品(6)和單面刻槽的納米光柵基片(7)置于樣品室(302)內(nèi)，照明光束整理系統(tǒng)(4)和檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)位于傳感探測室(301)內(nèi)，照明光束整理系統(tǒng)(4)垂直照明被測樣品(6)，檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)檢測被測樣品(6)產(chǎn)生的局域化表面等離子體共振的反射光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述照明光束整理系統(tǒng)(4)由依次水平放置的準(zhǔn)直鏡(401)、濾光片(402)、偏振片(403)組成，傳光光纖(2)的光纖出射端(202)射出的連續(xù)光譜，經(jīng)準(zhǔn)直鏡(401)準(zhǔn)直，濾光片(402)濾光，偏振片(403)起偏振，使其變成波長范圍為400nm-960nm的TM偏振平行光，垂直射入檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)中的半透半反立方鏡(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述的檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)由半透半反立方鏡(5)和聚光鏡(901)組成，通過半透半反立方鏡(5)的一半光透過射向樣品室(302)中的被測樣品(6)與納米光柵基片(7)上，從被測樣品(6)來的反射光通過檢測光學(xué)系統(tǒng)(9)的半透半反立方鏡(5)的反射，以90°角射向聚光鏡(901)，通過聚光鏡(901)聚光，將檢測光會聚于單色儀(10)的光束入射面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述的半透半反立方鏡(5)由第一個(gè)直角棱鏡(501)和第二個(gè)直角棱鏡(502)的斜面(503)相互膠合而成的，斜面(503)鍍有半透半反射膜，垂直射入的偏振光一半透過射出，返回的檢測反射光通過第二個(gè)直角棱鏡(502)，經(jīng)斜面(503)半透半反射面反射，反射光以90°角水平射向聚光鏡(901)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于樣品室(302)內(nèi)有包括上導(dǎo)軌(801)和下導(dǎo)軌座(802)的基片插槽(8)，下導(dǎo)軌座(802)安裝于樣品室(302)的側(cè)壁上，被測樣品(6)的納米光柵基片(7)插入由上下導(dǎo)軌組成的基片插槽(8)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述單面刻槽的納米光柵基片(7)由基板(701)和納米結(jié)構(gòu)薄膜片(702)組成，基板(701)是壓制在納米結(jié)構(gòu)薄膜片(702)上的高折射率透明玻璃板層，其折射率為1.50-1.90；納米結(jié)構(gòu)薄膜片(702)是由銀或金材料構(gòu)成的薄膜片，薄膜片的厚度為30-125nm，在它的上表面刻有等周期高斯形(70201)剖面納米光柵結(jié)構(gòu)，在光柵結(jié)構(gòu)部位均勻涂有被測樣品(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述的等周期高斯形結(jié)構(gòu)輪廓表示為y(x)=-HΣm=-∞∞exp[-(x-mΛω)2]]]>上式中，Λ為光柵周期，H為槽深，ω為高斯槽寬，t為未刻透的深度，m為光柵個(gè)數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單面刻槽表面等離子體生化傳感器，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(13)包括恒光強(qiáng)燈源控制(1301)、鹵素?zé)?1305)、總線接口(1302)、A/D轉(zhuǎn)換(12)、數(shù)字光譜圖像緩存(1306)、光電倍增管電源(1304)、光電倍增管(1303)和計(jì)算機(jī)(1307)；鹵素?zé)?1305)在計(jì)算機(jī)(1307)的指令下通過總線接口(1302)由恒光強(qiáng)燈源控制(1301)控制下發(fā)出光強(qiáng)恒定的光作為照明光，照明在單面刻槽的納米光柵基片(7)上的被測樣品(6)，計(jì)算機(jī)(1307)通過總線接口(1302)控制，對從光電倍增管(1303)送來的被測生化樣品光譜圖像曲線通過A/D轉(zhuǎn)換(12)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(1306)中，等待和已存儲的物種光譜圖像進(jìn)行比較，檢測出被測樣品(6)的物質(zhì)種類。
全文摘要
單面刻槽表面等離子體生化傳感器，由照明器、傳光光纖、傳感檢測箱、照明光束整理系統(tǒng)、被測樣品、納米光柵基片、檢測光學(xué)系統(tǒng)、單色儀、光電倍增管、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)等部分組成，被測樣品涂放于納米光柵基片上，由照明器傳光光纖射入傳感檢測箱的照明光，經(jīng)照明光束整理系統(tǒng)整理照明被測樣品，涂放有被測樣品的納米光柵基片產(chǎn)生了表面等離子體共振和局域化表面等離子體共振(LSPR)，其反射光通過檢測光學(xué)系統(tǒng)和單色儀檢測由光電倍增管接收轉(zhuǎn)換為放大的電信號，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入計(jì)算機(jī)，檢測出生化樣品的種類。該傳感器傳感靈感度高，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整使用方便，易于應(yīng)用推廣。
文檔編號G06F19/00GK101055249SQ20071009949
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者李海穎, 陳旭南 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所