CN105806811A - 一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置 - Google Patents

一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置 Download PDF

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朱雪亭
黄考干
李旺和
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons

Abstract

本发明公开了一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，由紧凑光路和电路组成，紧凑光路采用共振角光信号的探测方式，其包括激光源、偏正片、振镜、透镜组、反射镜、半球柱棱镜和样品池；电路由光电探测器、光电转换电路、微量泵驱动电路、振镜驱动电路、数据采集卡和计算机组成，激光经偏振片后以P偏振光入射到振镜，振镜通过旋转来改变反射光线的角度，通过透镜组对反射光线进行会聚，汇聚的光线通过反射镜反射至半球柱棱镜，当发生表面等离子体共振效应，出射到光电探测器上的光线呈现强弱变化，通过光电转换电路转换为电信号传输至计算机，微量泵驱动电路通过直线电机控制样品池；实现样品泵入与泵出，光电转换电路通过振镜驱动电路与振镜相接。

Description

一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置。
背景技术
食品安全问题是关系到人民健康和国计民生的重大问题。近年来，因食品中有毒有害化学品（如瘦肉精、农药、兽药、生物毒素等）含量超标引发的食品安全事故屡见不鲜。已引起国家有关部门的高度重视，加强食品安全的监督管理成为各级政府的重要任务之一，但食品中有毒有害物质的检测面临诸如：检测样品的基体极为复杂、需要检测的有毒有害物质的种类和组分繁多、以及需要检测的目的物含量很低等难题。气相色谱、液相色谱等传统的检测仪器价格昂贵、样品处理步骤复杂、检测周期长、成本高，难满足现场快速检测的要求。
表面等离子体共振（SurfacePlasmonResonance，SPR）传感器具有免标记、实时动态检测、灵敏度高、监测范围广等特点，容易满足现场快速检测的要求，被广泛应用于生物学、医学、化学、药物筛选以及环境监测、食品安全等领域。由于SPR生物传感器检测技术的优越性能，近年国外少数几家公司已有生产和商用，如瑞典BiacoreAB公司生产的BIAcore系列，但BIAcore系列仪器多为全自动操作，具有较贵的价格（20多万美金）和较庞大的体积（例如BIAcore2000的体积为760mm×350mm×610mm，净重50kg）；美国TexasInstruments公司生产出了主机部分只有手掌大小，价格较低的便携式仪器；英国WindsorScientific公司推出了价格较低的SPR仪器，硬件部分相对比较紧凑、小巧、坚固，系统建立在对入射光进行角度扫描的基础上，为了保证紧凑的体积，可变化的角度范围仅为6°。这些价格较低的仪器，在测量范围或灵敏度或自动化程度方面都非常有限，只能作为检测少数样品的专用仪器。国内尚没有被广泛使用的商品化SPR仪器。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，可以有效解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，由紧凑光路和电路组成，所述紧凑光路采用共振角光信号的探测方式，其包括激光源、偏正片、振镜、透镜组、反射镜、半球柱棱镜和样品池；所述电路由光电探测器、光电转换电路、微量泵驱动电路、振镜驱动电路、数据采集卡和计算机组成，所述激光经偏振片后以P偏振光入射到振镜，振镜通过旋转来改变反射光线的角度，通过透镜组对反射光线进行会聚，汇聚的光线通过反射镜反射至半球柱棱镜，样品池安装于半球柱棱镜的截面上，当发生表面等离子体共振效应，出射到光电探测器上的光线则会呈现强弱变化，通过光电转换电路转换为电信号传输至计算机；微量泵驱动电路通过直线电机控制样品池；实现样品的泵入与泵出，所述光电转换电路通过振镜驱动电路与振镜相接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述棱镜中心位置表面镀上金膜，样品池紧压置于金膜上。
作为本发明的一种优选技术方案，所述激光源采用波长为635nm的半导体激光器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述透镜组由三个透镜组成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述反射镜处安装调节旋钮，用于微调角度及上下位置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光电探测器采用2CR91型硅光电池，光谱响应范围为400~1100nm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述光电转换电路为以集成运放芯片为核心的光电流-电压转换电路，并对电压信号放大。
作为本发明的一种优选技术方案，所述微量泵驱动电路以Sst89E58RD2单片机为核心。
作为本发明的一种优选技术方案，所述振镜驱动电路采用与振镜匹配的驱动板，并配上散热器，确保在正常工作中温度不超过45℃，位置信号输入比例系数0.5V/°。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据采集卡采用USB6221数据采集卡，具有16路模拟输入、2路模拟输出、和24路数字I/O，系统采用了一路模拟差分输入采集测量信号；一路模拟输出对振镜驱动电路进行控制、两路数字I/O与微量泵双向通信，实现对样品池的控制和当前状态的采集。
作为本发明的一种优选技术方案，还系统的软件部分采用NI公司开发的集成化图形编程环境LabVIEW设计，主要包括进样控制、免疫检测和数据处理三个功能模块；所述进样控制功能模块主要实现对流路的控制；所述免疫检测功能模块主要实现待测样品SPR曲线扫描和免疫反应的动力学过程测量，实时监测抗原与抗体反应过程对共振角度的影响，绘制免疫反应曲线；所述数据处理功能模块主要实现数据的拟合、存储和回放。
本发明的有益效果：
本发明设计了用于食品安全现场快速检测的便携式SPR生物传感器系统，包括光学系统、硬件电路及软件设计，并对盐酸克伦特罗(瘦肉精的一种)进行了实验检测，以验证该表面等离子体共振生物传感器的可行性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
1-激光源；2-偏正片；3-振镜；4-透镜组；5-反射镜；6-半球柱棱镜；7-样品池；8-金膜；9-光电探测器；10-光电转换电路；11-微量泵驱动电路；12-振镜驱动电路；13-数据采集卡；14-计算机；15-直线电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，由紧凑光路和电路组成，所述紧凑光路采用共振角光信号的探测方式，其包括激光源1、偏正片2、振镜3、透镜组4、反射镜5、半球柱棱镜6和样品池7；所述电路由光电探测器9、光电转换电路10、微量泵驱动电路11、振镜驱动电路12、数据采集卡13和计算机14组成，所述激光经偏振片后以P偏振光入射到振镜3，振镜3通过旋转来改变反射光线的角度，通过透镜组4对反射光线进行会聚，根据透镜成像关系，将振镜3(旋转中心)置于透镜的物方2L处，则其像将在像方2L′处会聚。在L′处放置反射镜5，同时，将棱镜中心置于像方2L′相对于反射镜5的共轭位置2L″处，使入射光能通过半球柱棱镜6，保证光束通过棱镜中心，只要棱镜入射角大于临界角，则可发生全反射，汇聚的光线通过反射镜5反射至半球柱棱镜6，在棱镜中心位置表面镀上金膜8，样品池7紧压置于金膜8上，待测样品添加到样品池7，当发生表面等离子体共振效应，出射到光电探测器9上的光线则会呈现强弱变化，通过光电转换电路10转换为电信号传输至计算机14；微量泵驱动电路11通过直线电机15控制样品池7；实现样品的泵入与泵出，所述光电转换电路10通过振镜驱动电路12与振镜3相接。
所述激光源1采用波长为635nm的半导体激光器；所述透镜组4由三个透镜组4成；所述反射镜5处安装调节旋钮，用于微调角度及上下位置；所述光电探测器9采用2CR91型硅光电池，光谱响应范围为400~1100nm；所述光电转换电路10为以集成运放芯片为核心的光电流-电压转换电路，并对电压信号放大；所述微量泵驱动电路11以Sst89E58RD2单片机为核心；所述振镜驱动电路12采用与振镜3匹配的驱动板，并配上散热器，确保在正常工作中温度不超过45℃，位置信号输入比例系数0.5V/°；所述数据采集卡13采用USB6221数据采集卡13，具有16路模拟输入、2路模拟输出、和24路数字I/O，系统采用了一路模拟差分输入采集测量信号；一路模拟输出对振镜驱动电路12进行控制、两路数字I/O与微量泵双向通信，实现对样品池7的控制和当前状态的采集。
作为本发明的一种优选技术方案，还系统的软件部分采用NI公司开发的集成化图形编程环境LabVIEW设计，主要包括进样控制、免疫检测和数据处理三个功能模块；
进样控制功能模块：主要实现对流路的控制，通过LabVIEW对数据采集卡13的写操作，根据制订的通信协议，向下位机(微量泵驱动电路11)发送控制指令，实现上位机对下位机的控制；通过对数据采集卡13的读操作，实现对微量泵当前状态的采集。
免疫检测功能模块：主要实现待测样品SPR曲线扫描和免疫反应的动力学过程测量，实时监测抗原与抗体反应过程对共振角度的影响，绘制免疫反应曲线；由于采集卡具有高达250KS/s的采样率，为了降低噪声的干扰，SPR曲线扫描时可对每个采样点多次采样取平均。同时，可以通过设定扫描角度的间隔，来控制扫描测量的精度，它决定了样品共振角的测量精度。免疫反应曲线测量时，首先按照设置的“零点”、“扫描范围”、“扫描步长”等参数进行预扫描，确定扫描所需要的时间。根据采集次数进行多次扫描，扫描，得到的共振角度为Y，设置的“延时时间”与预扫描得到时间之和为X，实时绘制Y-X曲线，扫描过程中，为了减少扫描时间以增加测量点数，可根据预扫描的共振峰位置适当减少扫描范围，扫描时间会相应改变。
数据处理功能模块：主要实现数据的拟合、存储和回放，数据拟合主要用于标准曲线的绘制；SPR共振曲线和免疫反应曲线的数据都能以Excel文件存储；存储的数据也可回放显示以便观察和分析。
基于上述，本发明的优点在于，本发明设计了用于食品安全现场快速检测的便携式SPR生物传感器系统，包括光学系统、硬件电路及软件设计，并对盐酸克伦特罗(瘦肉精的一种)进行了实验检测，以验证该表面等离子体共振生物传感器的可行性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，由紧凑光路和电路组成，所述紧凑光路采用共振角光信号的探测方式，其包括激光源、偏正片、振镜、透镜组、反射镜、半球柱棱镜和样品池；所述电路由光电探测器、光电转换电路、微量泵驱动电路、振镜驱动电路、数据采集卡和计算机组成，所述激光经偏振片后以P偏振光入射到振镜，振镜通过旋转来改变反射光线的角度，通过透镜组对反射光线进行会聚，汇聚的光线通过反射镜反射至半球柱棱镜，样品池安装于半球柱棱镜的截面上，当发生表面等离子体共振效应，出射到光电探测器上的光线则会呈现强弱变化，通过光电转换电路转换为电信号传输至计算机；微量泵驱动电路通过直线电机控制样品池；实现样品的泵入与泵出，所述光电转换电路通过振镜驱动电路与振镜相接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述棱镜中心位置表面镀上金膜，样品池紧压置于金膜上。
3.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述激光源采用波长为635nm的半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述透镜组由三个透镜组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述反射镜处安装调节旋钮，用于微调角度及上下位置。
6.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述光电探测器采用2CR91型硅光电池，光谱响应范围为400~1100nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述光电转换电路为以集成运放芯片为核心的光电流-电压转换电路，并对电压信号放大。
8.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述微量泵驱动电路以Sst89E58RD2单片机为核心。
9.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述振镜驱动电路采用与振镜匹配的驱动板，并配上散热器，确保在正常工作中温度不超过45℃，位置信号输入比例系数0.5V/°。
10.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，所述数据采集卡采用USB6221数据采集卡，具有16路模拟输入、2路模拟输出、和24路数字I/O，系统采用了一路模拟差分输入采集测量信号；一路模拟输出对振镜驱动电路进行控制、两路数字I/O与微量泵双向通信，实现对样品池的控制和当前状态的采集。
11.根据权利要求1所述的一种基于Ag纳米粒子的LSPR传感器装置，其特征在于，还系统的软件部分采用NI公司开发的集成化图形编程环境LabVIEW设计，主要包括进样控制、免疫检测和数据处理三个功能模块；所述进样控制功能模块主要实现对流路的控制；所述免疫检测功能模块主要实现待测样品SPR曲线扫描和免疫反应的动力学过程测量，实时监测抗原与抗体反应过程对共振角度的影响，绘制免疫反应曲线；所述数据处理功能模块主要实现数据的拟合、存储和回放。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106483104A (zh) * 2016-12-08 2017-03-08 中国计量大学 利用pvdf太赫兹等离子体谐振效应的酒精浓度测量装置及方法
CN106596475A (zh) * 2016-12-08 2017-04-26 中国计量大学 利用石墨烯和pvdf太赫兹等离子谐振效应的酒精浓度测量装置及其方法
CN106918854A (zh) * 2017-05-05 2017-07-04 北京航空航天大学 一种高数值孔径的油浸表面等离子体超透镜
CN108169181A (zh) * 2016-12-08 2018-06-15 东莞东阳光科研发有限公司 一种光学生物晶片制备方法
CN113514427A (zh) * 2021-07-03 2021-10-19 黄淮学院 一种增强tord光谱检测的生物传感器及测试方法
CN106596475B (zh) * 2016-12-08 2024-05-17 中国计量大学 利用石墨烯和pvdf太赫兹等离子谐振效应的酒精浓度测量装置及其方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1412320A (zh) * 2001-10-11 2003-04-23 宋克 基因芯片联合处理系统及相关技术
CN101046445A (zh) * 2007-04-20 2007-10-03 清华大学 线状光束扫描表面等离子体共振成像光强检测方法及系统
CN102346143A (zh) * 2011-11-02 2012-02-08 中国广州分析测试中心 激光表面等离子体共振系统光学扫描装置
CN103675053A (zh) * 2013-09-27 2014-03-26 中国科学院电子学研究所 一种基于表面等离子体谐振的局部电化学成像测试系统
KR20160040478A (ko) * 2016-03-04 2016-04-14 한국생명공학연구원 분석대상 시료의 실시간 분석이 가능한 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템 및 이를 이용한 분석방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1412320A (zh) * 2001-10-11 2003-04-23 宋克 基因芯片联合处理系统及相关技术
CN101046445A (zh) * 2007-04-20 2007-10-03 清华大学 线状光束扫描表面等离子体共振成像光强检测方法及系统
CN102346143A (zh) * 2011-11-02 2012-02-08 中国广州分析测试中心 激光表面等离子体共振系统光学扫描装置
CN103675053A (zh) * 2013-09-27 2014-03-26 中国科学院电子学研究所 一种基于表面等离子体谐振的局部电化学成像测试系统
KR20160040478A (ko) * 2016-03-04 2016-04-14 한국생명공학연구원 분석대상 시료의 실시간 분석이 가능한 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템 및 이를 이용한 분석방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
齐攀: "用于食品安全检测的便携式表面等离子体共振生物传感器", 《光电工程》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106483104A (zh) * 2016-12-08 2017-03-08 中国计量大学 利用pvdf太赫兹等离子体谐振效应的酒精浓度测量装置及方法
CN106596475A (zh) * 2016-12-08 2017-04-26 中国计量大学 利用石墨烯和pvdf太赫兹等离子谐振效应的酒精浓度测量装置及其方法
CN108169181A (zh) * 2016-12-08 2018-06-15 东莞东阳光科研发有限公司 一种光学生物晶片制备方法
CN106596475B (zh) * 2016-12-08 2024-05-17 中国计量大学 利用石墨烯和pvdf太赫兹等离子谐振效应的酒精浓度测量装置及其方法
CN106918854A (zh) * 2017-05-05 2017-07-04 北京航空航天大学 一种高数值孔径的油浸表面等离子体超透镜
CN106918854B (zh) * 2017-05-05 2019-05-24 北京航空航天大学 一种高数值孔径的油浸表面等离子体超透镜
CN113514427A (zh) * 2021-07-03 2021-10-19 黄淮学院 一种增强tord光谱检测的生物传感器及测试方法

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