专利名称：一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生化检测领域，涉及一种利用局域表面等离子体共振增强(LSPR) 技术的生化检测仪。
背景技术：
传感技术是现代信息技术的三大支柱之一，在国家安全、科学试验、医疗卫生、以 及环境监测方面发挥重要作用。生化传感技术是传感技术的重要分支，关系到与人们生活 息息相关的公共安全、病毒、细菌检测、临床医学、环境检测等领域。传统生化传感技术通常 需要标记，其中90%的工作量用在标记，主要使用放射性同位素、酶或荧光等做为标识物， 安全性差和稳定性差，同时，系统体积大、灵敏度低(通常在纳摩尔量级)、过程繁琐、效率 低。不能满足快速(以便实时处理和控制危险物)、灵敏(以便探测微量的剧毒物质)、特 效(排除非致病性成份的干扰和污染)的需求。近年来，部分无标记检测方法得到迅速发 展，出现了椭圆偏振光、光寻址电位、离子敏场效应晶体管、表面声波和石英晶振微天平等 传感技术，提高了检测效率，但在探测系统的集成化、灵敏度提高等方面仍然需要开展大量 工作。 近年来，随着纳米技术、物理化学与生命科学的交叉融合，金属微纳结构的优良电 磁性质和生物亲和性引起了人们的广泛关注，目前利用SPR技术的分析仪已经商品化，并 进入市场，其工作原理是采用棱镜耦合加上高精度角度扫描的方式进行信号探测，BIAC0RE 公司所产的BIAC0RE3000-SPR分析仪售价高达几百万，仪器体积较大，根本无法实现普及 应用和满足外场探测的需求。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有生化传感技术系统复杂、成本高、周期 长、灵敏度低等缺点，利用局域表面等离子体技术(LSRP)，构成一种高灵敏度、免标记、生化 检测仪。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种局域表面等离子体共振增 强生化检测仪，其特征在于包括光源系统、传感系统、光谱分析系统以及数据处理系统四 部分组成，其中所述传感系统上装有探测芯片；由光源系统提供光源，传感系统、光谱分析 系统依次位于光源后面的出射光路上并都垂直于光轴放置；光源发出的光照射在传感系统 的探测芯片上，光谱分析系统位于传感系统之后探测通过探测芯片的光线；并将所采集到 的数据信息传输到数据处理系统，进行数据处理。 所述的光源系统由光源和光束整形系统构成。 所述的光源系统采用LED、或卤素灯、或钠灯、或汞灯，其光源的光谱范围在200 1500nm。 所述探测芯片的基底材料为K9、或融石英玻璃、或PDMS。 所述的光谱分析系统包含光谱仪。
3[0010] 所述的数据处理系统由计算机及安装在其上的数据处理软件构成。
本实用新型与现有技术相比所具有的优点是 (1)本实用新型生化检测仪不需要复杂设备、无需标记可进行直接探测的监测 仪； (2)本实用新型的生化检测仪探测灵敏度高； (3)本实用新型的生化检测仪可以实现多通道探测，提高了探测的效率； (4)本实用新型的生化检测仪使用条件要求不高，方法容易掌握，操作方便、智能
化程度高； (5)本实用新型的生化检测仪同时还具有小型化、重量轻、便于携带等优点，为野 外快速病毒、细菌探测探测提供一种简单实用的新装备。

图1是本实用新型高灵敏度LSPR生化检测仪结构示意图； 图2是本实用新型高灵敏度LSPR生化检测仪测试过程示意图； 图3是本实用新型实施例1中插入式探测芯片结构示意图； 图4是本实用新型实施例1中光谱移动结果； 图5是本实用新型实施例2中采用的微流控实时检测探测芯片结构示意图；具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式
详细介绍本实用新型检测仪。但以下的实施例仅限 于解释本实用新型，本实用新型的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实
施例本领域的技术人员即可以实现本实用新型权利要求的全部内容。 —种局域表面等离子体共振增强(LSPR)的生化检测仪，是一种基于光谱分析技
术的传感检测设备，由光源系统、传感系统、光谱分析系统以及数据处理系统四个部分组
成；光源系统由光源和光束整形系统构成，传感系统包含有探测芯片及探测芯片装夹、定位
系统以及进样、出样结构组成；光谱分析系统由光谱仪构成，所述的数据处理系统由计算机
及安装在其上的数据处理软件构成；传感系统、光谱分析系统依次位于光源后面的出射光
路上并都垂直于光轴放置。光源发出的光经整形、扩束后入射到传感系统中的探测芯片上，
光通过探测芯片后再被后端的光谱分析仪器所探测，光谱分析系统的数据经传输达到系统
的最末端数据处理系统。其装置的光路示意图如图1所示，图2是本实用新型高灵敏度LSPR
生化检测仪测试过程示意图。先将制备好的探测芯片置于光源后，光源发出的光经整形、
扩束后入射到传感系统中的探测芯片上，光通过探测芯片后再被后端的光谱分析仪器所探
测，获得基片的基准值。然后将探测芯片取下来，引入待测样品，再将其置于光路中，再次测
试光谱值。利用系统的最末端的数据处理系统分析、处理探测芯片基准值和测试样品光谱，
判断是否含有待测物。 实施例1 本实施例利用本实用新型局域表面等离子体共振增强的生化检测仪，用于检测生 物毒素。所选择的光源系统中的光源是光谱范围在300 1000nm的卤素灯、或钠光灯，经光 束整形系统扩束、整形后出射光束的光照射在传感系统中的采用K9玻璃作为基底的探测芯片1上。如图3所示，在传感系统中采用探测芯片1装在探测芯片装夹机构2上；光谱分析 系统选用光谱分辨率1. 5nm、波长重现性小于±0. 2nm的Ocean Optics公司的USB4000型 光谱分析仪，光通过探测芯片后再被后端的光谱分析仪所探测；所采集的数据通过USB2.0 接口与计算机系统进行数据通信，数据处理软件可以包括用户界面、探测、控制和数据处理 及输出显示几个功能模块。由数据处理软件输出测试结果，如图4所示，通过谱峰的移动来 判定被测样品是否含有标记的生物毒素，3是结合待测样品前的光谱曲线，4是结合待测样
品后的光谱曲线。 实施例2 本实施例采用本实用新型的局域表面等离子体共振增强的生化检测仪用于测试 细菌。光源系统中采用光谱范围在200 800nm的汞灯为光源，光源单独为一体，采用光 纤导光；入射光照射在传感系统中的PDMS为基底的对细菌具有高灵敏度的探测芯片上； 探测芯片照片如图5所示，其上有采用微机械的方法制备的微流道，通过样品进样和回收 系统通入待测细菌，实现在线检测。光谱分析系统选用光谱分辨率2nm、波长重现性小于 ±0. 3nm的光谱分析仪对其光谱进行测试；采用并口与计算机系统进行数据通信，由安装
在计算机上的数据处理软件进行数据处理并输出测试结果。 实施例3 本实施例采用本实用新型的局域表面等离子体共振增强的生化检测仪用于测 试蛋白质。光源系统中采用光谱范围在600 1500nm的LED为光源；传感系统中的采 用融石英玻璃作为基底的蛋白质探测芯片；光谱分析系统采用集成型LSPR检测仪进行 检测分析，并采用USB 口与计算机系统进行通信和数据处理。主机系统外形尺寸小于 300X 150X 120mm3 ;样机提供USB2.0接口 ；重量低于3kg，适合野外场合使用。事先在实验 室进行了大量实验采集光谱数据，建立了不同种类、不同浓度的蛋白质分子光谱标准数据 库，可以实现方便地检测结果的比对和信号提取，仪器操作性高。
权利要求一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于包括光源系统、传感系统、光谱分析系统以及数据处理系统四部分组成，其中所述传感系统上装有探测芯片；由光源系统提供光源，传感系统、光谱分析系统依次位于光源后面的出射光路上并都垂直于光轴放置；光源发出的光照射在传感系统的探测芯片上，光谱分析系统位于传感系统之后探测通过探测芯片的光线；并将所采集到的数据信息传输到数据处理系统，进行数据处理。
2. 根据权利要求1所述的一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于 所述的光源系统由光源和光束整形系统构成。
3. 根据权利要求2所述的一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于 所述的光源系统采用LED、或卤素灯、或钠灯、或汞灯，其光源的光谱范围在200 1500nm。
4. 根据权利要求1所述的一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于 所述探测芯片的基底材料为K9 、或融石英玻璃、或PDMS 。
5. 根据权利要求1所述的一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于 所述的光谱分析系统包含光谱仪。
6. 根据权利要求1所述的一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于 所述的数据处理系统由计算机及安装在其上的数据处理软件构成。
专利摘要一种局域表面等离子体共振增强生化检测仪，其特征在于包括光源系统、传感系统、光谱分析系统以及数据处理系统四部分组成，其中所述传感系统上装有探测芯片；由光源系统提供光源，传感系统、光谱分析系统依次位于光源后面的出射光路上并都垂直于光轴放置；光源发出的光照射在传感系统的探测芯片上，光谱分析系统位于传感系统之后探测通过探测芯片的光线；并将所采集到的数据信息传输到数据处理系统，进行数据处理；通过该检测仪，达到对探测对象的快速、高灵敏识别并且适合外场测试的需求。本实用新型装置结构简单，成本低，携带方便；可以满足野外、公共场所、医院等对生化探测的需要，便于推广。
文档编号G01N21/27GK201464360SQ20092010598
公开日2010年5月12日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者史立芳, 杜春雷, 杨欢, 邓启凌 申请人:中国科学院光电技术研究所