CN104792735B - 一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置，所述方法包括：在芯片基底的成像区域上镀金薄膜；在金薄膜表面制备病毒抗体；对待检测液进行过滤；通过微流体泵将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上；所述病毒抗体特异性捕获所述待检测液中的病毒；光器发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射。
Description
技术领域
本发明涉及纳米物质检测技术领域，尤其涉及一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置。
背景技术
从2013年中国的SARS爆发到最近的西非埃博拉病毒蔓延，病毒对人类生命安全的威胁越来越严重，并引起广泛关注。由于病毒致病剂量低、感染性强，为了防止疾病蔓延，针对于外环境中低浓度病毒的快速有效高灵敏度的病毒在线检测手段变得至关重要。
病毒检测的常用手段包括电子显微镜法、生物方法以及物理光学方法。病毒尺寸很小，一般在20到400纳米之间，其中大部分病毒尺寸集中在100纳米以下，常规的光学显微镜由于受到光学衍射极限的限制，无法对尺寸小于200纳米的病毒进行检测。透射电子显微镜技术的检测极限可达到几纳米，可对病毒的形貌及蛋白质外壳细节进行精密探测，但是透射电子显微镜设备昂贵，需要真空操作、操作时间长，检测灵敏度相对较低，检测结果的准确性与操作者的技能和经验有直接关系，只能用于实验室检测。传统的生物方法主要包括噬斑法、免疫技术、聚合酶链式反应(PCR)、序列测定等检测技术。这些方法能测定病毒活性、种类，但对病毒浓度、活性、检测前样品处理要求极高，对低浓度病毒需要进行浓缩、扩增等长时间的前处理，属于实验室检测技术。特定的物理光学手段也可以用来检测病毒，质谱分析仪器可以检测多种病毒，但也需要对病毒进行成功率不能保证的扩增、纯化等预处理；基于布朗运动原理的动态光散射以及病毒计数仪可以快速检测病毒的尺寸与浓度，但是无法分辨病毒的种类，而且这种方法仅仅是宏观统计方法，测量误差较大，虽然可以快速检测病毒，仍无法满足病毒在线检测的需要。
发明内容
本申请提供一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法和装置，解决了现有技术中的检测方法成本高、检测性能不稳定，检测速度慢、灵敏度低，不可直接对低浓度的病毒样品进行检测的技术问题。
本申请提供一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法，所述方法包括：在芯片基底的成像区域上镀金薄膜；在金薄膜表面制备病毒抗体；对待检测液进行过滤；通过微流体泵将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上；所述病毒抗体特异性捕获所述待检测液中的病毒；光源发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射；所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集；通过CCD对所收集的光进行成像；对成像信息进行采集、处理和分析，获得病毒的信息。
优选地，所述对待检测液进行过滤，具体包括：采用活性炭滤芯对所述待检测液进行过滤；采用微孔过滤膜对粗过滤后的所述待检测液进行过滤。
优选地，所述方法包括：定期检测纯水通过所述过滤器的透过量；判断所述透过量是否小于一预设值；若是，则更换所述活性炭滤芯和所述微孔过滤膜。
优选地，所述通过CCD对所收集的光进行成像，包括：用CCD测量无任何病毒的反射光作为背景光斑；用CCD测量有所述病毒的反射光作为当前光斑；将所述背景光斑与所述当前光斑相减，获得所述病毒引起表面等离激元散射场。
一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的装置，所述装置包括：过滤器，用于对待检测液进行过滤；芯片基底，所述芯片基底上镀有金薄膜；微流体泵，用于将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上，所述金薄膜表面制备病毒抗体；光源，用于发出光；油浸物镜；线偏振器和薄膜分束器，用于将光进行扩束整形，以偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面，再斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述所述待检测液的病毒产生散射；所述油浸物镜还用于收集所述表面等离激元散射转化的光信号和反射光；CCD，对所收集的光进行成像；处理器，对成像信息进行采集、处理和分析，获得病毒的信息。
优选地，所述芯片基底和所述金薄膜之间镀设有铬薄膜。
优选地，所述过滤器包括活性炭滤芯和微孔过滤膜。
本申请有益效果如下：
通过上述方法和装置，当待检测液中的病毒流过金薄膜时，病毒会被病毒抗体吸附到金薄膜表面，以与所述金薄膜表面激发表面等离激元产生散射，所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集，再通过CCD对所收集的光进行成像，通过处理即可获得病毒的信息，从而快速地进行病毒检测，解决了现有技术中的检测方法成本高、检测性能不稳定，检测速度慢、灵敏度低，不可直接对低浓度的病毒样品进行检测的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请第一较佳实施方式利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法的流程图；
图2为图1中所述方法中采用的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
图1为本申请第一较佳实施方式利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法的流程图。首先对该方法中采用的装置进行介绍，如图2所示，所述装置包括光源210、线偏振器220、薄膜分束器230、油浸物镜240、芯片基底250、CCD260、过滤器270、微流体泵280和处理器290。CCD全称为Charge-coupled Device，电荷耦合元件。如图1所示，所述利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法包括以下步骤：
步骤110，在芯片基底250的成像区域上镀金薄膜。具体地，在本实施方式中，可以先利用光刻技术在设计好的芯片基底250的成像区域蒸镀厚度为2纳米的铬薄膜，以增加金薄膜与芯片基底250的附着度，然后，再蒸镀厚度为50纳米的金薄膜，为了对病毒进行大视野实时在线成像观测，设计的金薄膜区域为直径等于100μm的圆形成像区域，该成像区域与显微物镜的视野一致。在其它实施方式中，也可以直接将所述金薄膜镀在所述芯片基底250的成像区域上。
另外，每一个成像区域可以完成一次病毒检测，芯片基底250上可以集成多个成像区域，可以降低检测成本。具体地，可使用软光刻技术在3mm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上制备出通道，然后加入厚度为100μm的弹性体垫圈，与芯片基底250一起组装成微流体通道。芯片基底250上的每个成像区域拥有独立的微流体通道，当一个成像区域使用完毕后，通过平移台移动到下一个成像区域进行再次检测。若使病毒有效捕获在金薄膜上，需将微流体通道的流量控制在100μL/min以下，设计微流体通道的尺寸为10mm×100μm×100μm(长x宽x高)。将装配好的微流体通道放入可拆卸的芯片基底的固定架中，通上水管及相应电路，并与微流体泵280连接，即可得到完整的微流体芯片系统。通过有效控制微流体通道的流量，即可实现病毒在线捕获。
步骤120，在金薄膜表面制备病毒抗体。由于表面等离激元具有倏逝波特性，在靠近金薄膜表面的位置处激发场最强，为了对病毒进行有效成像，需要将病毒有效结合在金薄膜表面。本方法中采用抗原-抗体结合的方法将病毒捕获至金薄膜表面，即，在金薄膜上制备相应的病毒抗体，对病毒进行特异性的吸附，实现对病毒的定性检测。病毒芯片上可以制备不同抗体，实现对多种病毒的在线检测。
步骤130，对待检测液进行过滤。由于待检测液如水质中含有大量不可溶性颗粒物和微生物等大尺寸悬浮物，因此，在线病毒检测的一个重要环节就是将待检测液中大颗粒杂质(包括细菌、真菌、藻类等)滤除，以降低不同杂质对病毒检测过程的干扰。
在本实施方式中，所述对待检测液进行过滤，具体包括：采用活性炭滤芯对所述待检测液进行过滤；采用微孔过滤膜对粗过滤后的所述待检测液进行过滤。以下以水质为例进行举例说明，拟采用两级过滤的方式对水质中的大颗粒杂质与细菌进行滤除。第一级过滤为物理性粗过滤，主要针对水质中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，采用活性炭过滤的方式。第二级过滤采用膜分离技术过滤。可以截留微粒、细菌等污染物，达到纯化水质的作用。所采用的微孔过滤膜是均匀的多孔薄膜，为市场成熟产品，滤膜孔径为除菌过滤标准孔径0.22μm，可将水质中所有尺寸大于制定孔径的颗粒与细菌全部截留，采用亲水性高分子材料制成，避免了膜层中纤维或碎屑脱落污染水质。膜层厚度很薄，约为100μm，微孔体积占膜总体积的70％—80％，阻力小，过滤速度比常规过滤介质快几十倍。通过两级过滤，水质中的大颗粒杂质与细菌等微生物已基本被滤除，过滤后的水质包含尺寸很小的病毒、生物小碎片、金属离子及胶体等，可用于病毒在线捕获。
虽然两级在线过滤系统保证了水质中泥沙、细菌等大尺寸颗粒的截留，使小尺寸病毒顺利进入病毒捕获通道，在过滤过程中，仍会有小部分病毒被吸附在过滤膜上，因此对水质进行在线过滤之前，需要对整个过滤系统的病毒过滤效率进行评估，以便与后期的检测结果结合，获得水质中精确的病毒浓度。向整个过滤系统的过滤前水样(纯水)中加入一定量的质控病毒，该水样经过过滤系统后回收，使用聚合酶链式反应(PCR)技术测量经过过滤系统后的病毒数量，可以得到整个系统的病毒过滤效率。
此外，经过长时间的过滤，微孔过滤膜表面产生附着层与模孔堵塞，影响过滤效率。为了保证过滤效率，所述方法包括以下步骤：定期检测纯水通过所述过滤器的透过量；判断所述透过量是否小于一预设值；若是，则更换所述活性炭滤芯和所述微孔过滤膜。即，通过测量过滤系统的水透过通量变化，决定过滤系统的污染程度，如定期以纯水为水样，测量纯水的通量变化，当通量变小，说明过滤系统受到污染，应及时更换活性炭滤芯与微孔过滤膜。
步骤140，通过微流体泵将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上，所述病毒抗体特异性捕获所述待测液中的病毒。去除了泥沙、细菌等大颗粒后，待检测液会通过微流体泵送入芯片基底上进行病毒捕获。芯片基底是微流体芯片系统的核心部件，待检测液中的病毒被特异性抗体捕获在芯片基底上的金薄膜表面的特定成像区域后，便于对准该成像区域的显微物镜会对病毒进行实时成像观测。
步骤150，光源发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面。也就是说，该方法采用的是Kretschmann结构，利用油浸物镜耦合的方式，使用油浸作为波矢补偿手段。所述光源210具体为激光器或发光二级管。油浸物镜耦合的方式的优点在于：可以使入射光与反射光平行，通过改变入射光在油浸物镜后焦平面上的位置，调节激发表面等离激元的入射角，将角度调节转化为简便的一维长度调节，使装置结构紧凑、稳定。
具体地，所述光源210发出的光经由所述线偏振器220实现偏振态后，再由所述薄膜分束器230反射。步骤120和步骤130的顺序可以进行交换，或者同时进行。在本实施方式中，所述光源的波长范围为355纳米～800。
步骤140和步骤150可以位于步骤110、步骤120和步骤130之前，也可以同时进行。
步骤160，调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述芯片基底的成像区域上，高折芯片基底250产生的全反射的倏逝波波矢与表面等离激元波矢匹配，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射。调节所述入射光斜入射到所述芯片基底250上的入射角，可以激发出最强的表面等离激元，此时对应最弱的反射光，利用CCD260可以观察到表面等离激原最强激发。
表面等离激元在金薄膜表面被激发之后，沿金薄膜表面传播，在金薄膜表面附着病毒时，表面等离激元在传播过程中遇到病毒会产生散射，一部分被散射到空间呈立体角分布，另一部分则沿金薄膜表面传播产生径向散射，由于表面等离激元空间散射损耗很大，所以在这里仅考虑表面等离激元在金薄膜表面传播的界面散射。沿金薄膜表面传播的界面散射与重新激发的表面等离激元之间产生干涉作用，在金薄膜表面会产生明暗相间的条纹分布，并呈同心抛物线形状，并且在病毒附近会产生表面等离激元局域强场。
步骤170，所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被所述油浸物镜收集，通过CCD对所收集的光进行成像。作为可见光激发表面等离激元的逆过程，表面等离激元界面散射在传播过程中可以转化为光信号，因此，反射光中包含了表面等离激元散射信号，使用CCD对反射光成像，并对成像数据进行处理，可以实现对表面等离激元散射成像。
步骤180，对成像信息进行采集、处理和分析，获得病毒的信息。一旦检测到成像信息，数据会被采集并进行处理与分析。采集到的数据会经过降噪及背景去除，然后对成像病毒颗粒进行计数等处理，实现对病毒的定量测量。
为了降低背景噪声对信号的影响，所述通过CCD对所收集的光进行成像，具体包括：用CCD测量无任何纳米物质的反射光作为背景光斑；用CCD测量有所述纳米物质的反射光作为当前光斑；将所述背景光斑与所述当前光斑相减，进行数据平均降噪处理，除去反射光斑的背景噪声及CCD的噪声，增强散射场与背景的对比度，获得所述纳米物质引起表面等离激元散射场。
如果用CCD对所述收集的光进行直接成像，所得到的CCD图像包含了表面等离激元散射转换的光信号与反射光的总和，由于反射光会带来背景噪声，所以需要对直接采集的数据进行处理，降低背景噪声对信号的影响。用CCD测量无病毒时的反射光作为背景光斑。将有病毒与无病毒的成像结果进行相减，并进行数据平均降噪处理，除去反射光斑的背景噪声及CCD的噪声，增强散射场与背景的对比度，得到病毒引起表面等离激元散射。一旦检测到一个表面等离激元散射，可对病毒进行一个计数，直到检测过程结束。通过精确控制在线病毒检测仪器中病毒样品流速与时间，将获得的病毒数量信息与病毒样品流量信息综合，得到病毒浓度信息，从而实现对低浓度病毒进行高精度定量检测。
通过上述方法，当待检测液中的病毒时，病毒会被病毒抗体吸附到金薄膜表面，以与所述金薄膜表面激发表面等离激元产生散射，所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集，再通过CCD对所收集的光进行成像，通过处理即可获得病毒的信息，从而快速地进行病毒检测，解决了现有技术中的检测方法成本高、检测性能不稳定，检测速度慢、灵敏度低，不可直接对低浓度的病毒样品进行检测的技术问题。
实施例二
基于同样的发明构思，本申请还提供一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的装置，如图2所示，所述装置包括光源210、线偏振器220、薄膜分束器230、油浸物镜240、芯片基底250、CCD260、过滤器270、微流体泵280和处理器290。
所述过滤器290用于对待检测液进行过滤。在本实施方式中，所述过滤器包括活性炭滤芯和微孔过滤膜。具体地，采用活性炭滤芯对所述待检测液进行粗过滤，再采用微孔过滤膜对粗过滤后的所述待检测液进行过滤。以下以水质为例进行举例说明，拟采用两级过滤的方式对水质中的大颗粒杂质与细菌进行滤除。第一级过滤为物理性粗过滤，主要针对水质中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，采用活性炭过滤的方式。第二级过滤采用膜分离技术过滤。可以截留微粒、细菌等污染物，达到纯化水质的作用。所采用的微孔过滤膜是均匀的多孔薄膜，为市场成熟产品，滤膜孔径为除菌过滤标准孔径0.22μm，可将水质中所有尺寸大于制定孔径的颗粒与细菌全部截留，采用亲水性高分子材料制成，避免了膜层中纤维或碎屑脱落污染水质。膜层厚度很薄，约为100μm，微孔体积占膜总体积的70％—80％，阻力小，过滤速度比常规过滤介质快几十倍。通过两级过滤，水质中的大颗粒杂质与细菌等微生物已基本被滤除，过滤后的水质包含尺寸很小的病毒、生物小碎片、金属离子及胶体等，可用于病毒在线捕获。
所述芯片基底250上镀有金薄膜。在本实施方式中，所述芯片基底和所述金薄膜之间镀设有铬薄膜，具体地，可以先利用光刻技术在设计好的芯片基底250的成像区域蒸镀厚度为2纳米的铬薄膜，以增加金薄膜与芯片基底250的附着度，然后，再蒸镀厚度为50纳米的金薄膜，为了对病毒进行大视野实时在线成像观测，设计的金薄膜区域为直径等于100μm的圆形成像区域，该成像区域与显微物镜的视野一致。在其它实施方式中，也可以直接将所述金薄膜镀在所述芯片基底250的成像区域上。
另外，每一个成像区域可以完成一次病毒检测，芯片基底250上可以集成多个成像区域，可以降低检测成本。具体地，可使用软光刻技术在3mm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上制备出通道，然后加入厚度为100μm的弹性体垫圈，与芯片基底250一起组装成微流体通道。芯片基底250上的每个成像区域拥有独立的微流体通道，当一个成像区域使用完毕后，通过平移台移动到下一个成像区域进行再次检测。若使病毒有效捕获在金薄膜上，需将微流体通道的流量控制在100μL/min以下，设计微流体通道的尺寸为10mmx100μmx100μm(长x宽x高)。将装配好的微流体通道放入可拆卸的芯片基底的固定架中，通上水管及相应电路，并与微流体泵280连接，即可得到完整的微流体芯片系统。通过有效控制微流体通道的流量，即可实现病毒在线捕获。
所述微流体泵280用于将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上，所述金薄膜表面制备病毒抗体用于特异性捕获所述待检测液中的病毒。由于表面等离激元具有倏逝波特性，在靠近金薄膜表面的位置处激发场最强，为了对病毒进行有效成像，需要将病毒有效结合在金薄膜表面。本方法中采用抗原-抗体结合的方法将病毒捕获至金薄膜表面，即，在金薄膜上制备相应的病毒抗体，对病毒进行特异性的吸附，实现对病毒的定性检测。病毒芯片上可以制备不同抗体，实现对多种病毒的在线检测。
去除了泥沙、细菌等大颗粒后，待检测液会通过微流体泵送入芯片基底上进行病毒捕获。芯片基底是微流体芯片系统的核心部件，待检测液中的病毒被特异性抗体捕获在芯片基底上的金薄膜表面的特定成像区域后，便于对准该成像区域的显微物镜会对病毒进行实时成像观测。
所述光源210用于发出光。在本实施方式中，所述光源的波长为633纳米。
所述线偏振器220和薄膜分束器230，用于将光进行扩束整形，以p偏振态聚焦到油浸物镜240的后焦平面，再斜入射到所述芯片基底250的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射。
所述油浸物镜240还用于收集所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光，所述CCD260对所收集的光进行成像。作为可见光激发表面等离激元的逆过程，表面等离激元界面散射在传播过程中可以转化为光信号，因此，反射光中包含了表面等离激元散射信号，使用CCD对反射光成像，并对成像数据进行处理，可以实现对表面等离激元散射成像。
所述处理器290对成像信息进行采集、处理和分析，获得病毒的信息。一旦检测到成像信息，数据会被采集并进行处理与分析。采集到的数据会经过降噪及背景去除，然后对成像病毒颗粒进行计数等处理，实现对病毒的定量测量。
为了降低背景噪声对信号的影响，所述通过CCD260对包含有表面等离激元散射信号的反射光进行成像，具体包括：用CCD260测量无任何纳米物质的反射光作为背景光斑；用CCD260测量有所述纳米物质的反射光作为当前光斑；将所述背景光斑与所述当前光斑相减，进行数据平均降噪处理，除去反射光斑的背景噪声及CCD260的噪声，增强散射场与背景的对比度，获得所述纳米物质引起表面等离激元散射场。
通过上述装置，当待检测液中的病毒时，病毒会被病毒抗体吸附到金薄膜表面，以与所述金薄膜表面激发表面等离激元产生散射，所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被油浸物镜收集，再通过CCD对收集的光进行成像，通过处理即可获得病毒的信息，从而快速地进行病毒检测，解决了现有技术中的检测方法成本高、检测性能不稳定，检测速度慢、灵敏度低，不可直接对低浓度的病毒样品进行检测的技术问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的方法，其特征在于，所述方法包括：
在芯片基底的成像区域上镀金薄膜；
在金薄膜表面制备病毒抗体；
对待检测液进行过滤；
通过微流体泵将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上，所述病毒抗体特异性捕获所述待检测液中的病毒；
激光器发出的光经过扩束整形后，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面；
调节入射光在油浸物镜的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射；
所述表面等离激元散射转化为光信号与反射光一起被所述油浸物镜收集，通过CCD对所收集的光进行成像；
对成像信息进行采集、处理和分析，对成像病毒颗粒进行计数，获得病毒的定量测量信息；
其中，所述通过CCD对所收集的光进行成像，包括：
用CCD测量无任何病毒的反射光作为背景光斑；
用CCD测量有所述病毒的反射光作为当前光斑；
将所述背景光斑与所述当前光斑相减，获得所述病毒引起表面等离激元散射场。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待检测液进行过滤，具体包括：
采用活性炭滤芯对所述待检测液进行过滤；
采用微孔过滤膜对过滤后的所述待检测液进行过滤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
定期检测纯水的透过量；
判断所述透过量是否小于一预设值；
若是，则更换所述活性炭滤芯和所述微孔过滤膜。
4.一种利用表面等离激元散射成像检测病毒的装置，其特征在于，所述装置包括：
过滤器，用于对待检测液进行过滤；
芯片基底，所述芯片基底上镀有金薄膜；
微流体泵，用于将过滤后的所述待检测液泵到所述金薄膜上，在所述金薄膜表面制备病毒抗体用于特异性捕获所述待检测液中的病毒；
激光器，用于发出光；
油浸物镜；
线偏振器和薄膜分束器，用于将光进行扩束整形，以p偏振态聚焦到油浸物镜的后焦平面，再斜入射到所述芯片基底的成像区域上，在所述金薄膜表面激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金薄膜表面传播，与所述待检测液的病毒产生散射；
所述油浸物镜还用于收集所述表面等离激元散射转化的光信号和反射光；
CCD，对所收集的光进行成像；
处理器，对成像信息进行采集、处理和分析，对成像病毒颗粒进行计数，获得病毒的定量测量信息；
其中，通过所述CCD对所收集的光进行成像，包括：
用CCD测量无任何病毒的反射光作为背景光斑；
用CCD测量有所述病毒的反射光作为当前光斑；
将所述背景光斑与所述当前光斑相减，获得所述病毒引起表面等离激元散射场。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述芯片基底和所述金薄膜之间镀设有铬薄膜。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述过滤器包括活性炭滤芯和微孔过滤膜。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10115524A1 (de) * | 2000-03-30 | 2001-11-15 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Messvorrichtung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10115524A1 (de) * | 2000-03-30 | 2001-11-15 | Bosch Gmbh Robert | Interferometrische Messvorrichtung |
| CN1425910A (zh) * | 2002-12-16 | 2003-06-25 | 吴世法 | 激励和接收均用隐失光的近场增强喇曼散射样品池 |
| CN101776598A (zh) * | 2009-01-09 | 2010-07-14 | 周礼君 | 定域等离子体共振感测元件及其系统 |
| CN103728277A (zh) * | 2012-06-06 | 2014-04-16 | 林世明 | 用于结合有兴趣的标的物的装置与传感器及制造使用方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A Scanning microscope employing localized surface-plasmon-polaritons as a sensing probe;Hiroshi Kano等;《OPTICS COMMUNICATIONS》;20000801(第182期);第12页左栏第2段-第14页右栏第2段及Fig.1和Fig.4 * |
| 微流控芯片-拉曼光镊的红细胞光谱检测技术;黄超等;《分析化学研究报告》;20071031;第35卷(第10期);第1410-1414页 * |
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