CN110146482A - 一种新型的近场拉曼散射检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型的近场拉曼散射检测装置，通过在光纤探针表面以及多模光纤的端面上设置贵金属纳米颗粒，贵金属纳米颗粒与多模光纤端面上贵金属纳米颗粒产生等离子体共振，将增强待测样品附近的电磁场，降低了传统单光纤远程拉曼检测中的激发光所引起的光纤自身材料的背底拉曼散射，提高了光纤远程拉曼光谱的检测灵敏度，提高待测物品近场拉曼信号的信噪比，具备良好的近场拉曼成像能力，该装置结构简单，操作简易，且多模光纤端面增强基底的使用弥补了传统的近场拉曼检测样品信号弱的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于近场光学技术领域，具体涉及一种新型的近场拉曼散射检测装置。
背景技术
近场光学技术的诞生帮助人们突破了传统光学显微镜衍射极限的限制，将纳米尺度的微观世界展示到了人们眼前。拉曼光谱作为分子的指纹光谱，携带与物质化学组成相关的结构信息，而近场拉曼技术超越了传统的拉曼光谱能够提供待测物质更为精细的相貌及与之相关的成分组成信息，被广泛应用在生物医学、半导体、等离子体物理学等领域。
近场拉曼技术的发展主要侧重于近场探针的制备及反馈控制装置两个方面。其中反馈控制装置比较成熟且形成固定的三种模式，可根据具体的使用场景进行选择。近场探针主要分为有孔径探针和无孔径探针，而无孔径探针近场拉曼即是人们所熟知的TERS技术，虽然TERS技术取得了飞快地发展，如数纳米分辨率成像的获得，但是，这些都是以牺牲光学对比度为代价，且极易受外界环境干扰。
在有孔径探针近场拉曼测试中，激光通过光纤传输能够避免TERS中背景信号的干扰，提高信号的信噪比，且能够通过调控孔径的尺寸大小达到分辨率的提高，近年来，关于孔径探针制备的研究很多，人们能够从制备技术方面提高探针的光传输效率以及敏感性，但是，待测样品拉曼散射截面小，所造成的拉曼信号弱，仍是导致拉曼信号难以收集的主要原因。
如何制备成本低、简易且灵敏度高的孔径近场探针，以及提高待测样品的近场拉曼信号，已成为现代近场拉曼光谱领域的一个重要的研究课题。
发明内容
针对现有的近场拉曼检测技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种新型的近场拉曼散射检测装置。该装置能够有效的提高待测物品近场拉曼信号的信噪比，且具备良好的近场拉曼成像能力。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种新型的近场拉曼散射检测装置，包括激光器、音叉、光纤探针、多模光纤、物镜、拉曼光谱仪以及CCD器件，其中，光纤探针固定安装于音叉的一侧，置于多模光纤上端并与激光器的出光口连接；多模光纤的一端与物镜连接，另一端的端面放置待测样本并与光纤探针靠近；物镜连接至拉曼光谱仪的输入端，CCD器件与拉曼光谱仪的输出端连接；所述光纤探针与多模光纤放置待测样本的端面上设有贵金属纳米颗粒。
进一步的，所述光纤探针与多模光纤放置待测样本的端面上的贵金属纳米颗粒通过化学自组装法加工设置。
进一步的，所述光纤探针与多模光纤之间的距离由音叉通过剪切力距离反馈模式控制。
进一步的，所述光纤探针对多模光纤端面上待测样品进行的逐点扫描和检测由音叉通过剪切力距离反馈模式控制。
进一步的，所述光纤探针为锥形。
进一步的，所述光纤探针与多模光纤放置待测样本的端面垂直。
进一步的，工作时，激光器发出的光经过光纤探针照射于多模光纤端面上的待测样本上，散射出的拉曼信号由多模光纤收集并传输，经过物镜到达拉曼光谱仪后，再经过CCD器件转化为电信号。
进一步的，所述贵金属纳米颗粒为金、银以及铜中的一种。
进一步的，所述光纤探针通过拉针仪拉制，并结合化学腐蚀法获得，光纤探针的尖端大小通过拉针仪参数和后续的腐蚀时间进行调控。
本发明的有益效果在于：通过本发明的实施，在光纤探针表面以及多模光纤的端面上设置贵金属纳米颗粒，通过贵金属纳米颗粒与多模光纤端面上贵金属纳米颗粒产生等离子体共振，将增强待测样品附近的电磁场，降低了传统单光纤远程拉曼检测中的激发光所引起的光纤自身材料的背底拉曼散射，提高了光纤远程拉曼光谱的检测灵敏度，提高待测物品近场拉曼信号的信噪比，具备良好的近场拉曼成像能力，该装置结构简单，操作简易，且多模光纤端面增强基底的使用弥补了传统的近场拉曼检测样品信号弱的缺陷。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明图1中Ⅰ处的放大图；
图中：1-激光器，2-音叉，3-光纤探针，31-贵金属颗粒，4-多模光纤，41-待测样本，5-物镜，6-拉曼光谱仪，7-CCD器件。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1与图2所示，一种新型的近场拉曼散射检测装置，包括激光器1、音叉2、光纤探针3、多模光纤4、物镜5、拉曼光谱仪以及CCD器件6，其中，光纤探针3固定安装于音叉2的一侧，置于多模光纤4上端并与激光器1的出光口连接；多模光纤4的一端与物镜5连接，另一端的端面放置待测样本41并与光纤探针3靠近；物镜5连接至拉曼光谱仪6的输入端，CCD器件7与拉曼光谱仪6的输出端连接；所述光纤探针3与多模光纤4放置待测样本的端面上设有贵金属纳米颗粒31。
工作时，激光器1发出的光经过光纤探针3照射于多模光纤4端面上的待测样本41上，散射出的拉曼信号由多模光纤4收集并传输，经过物镜5到达拉曼光谱仪6后，再经过CCD器件7转化为电信号。
实施例一：
通过音叉2的剪切力距离反馈模式，将光纤探针3逼近多模光纤4端面，通过显微镜观察多模光纤4端面，选定一定的扫描区域，然后，通过反馈控制光纤探针3趋近多模光纤4端面，打开激光器1的开关，激光通过光纤探针3照射到多模光纤4端面上的待测R6G分子，通过音叉2的反馈控制，对多模光纤4端面上随机分布的待测R6G分子进行逐点拉曼检测，散射出的拉曼信号由多模光纤4收集并传输，经过物镜5传输到拉曼光谱仪6后，再经过CCD器件7处理后在显示器上成像。最后，获得了多模光纤4端面上分布的R6G分子的形貌图以及相对应的拉曼光谱成像图。
实施例二：
将鼻咽癌细胞通过细胞培养法培养到多模光纤4的端面上，由于细胞的直径在15um左右，在光纤探针3趋近至多模光纤4的端面之前，先通过显微镜将扫描范围选定为约单个细胞大小，然后，通过音叉2的剪切力距离反馈模式将光纤探针3趋近至单个细胞表面，打开激光器1的开关，激光通过光纤探针3照射到多模光纤4端面上的鼻咽癌细胞，通过音叉2的反馈控制，对多模光纤4端面上选定的鼻咽癌细胞进行拉曼检测，散射出的拉曼信号由多模光纤4收集并传输，经过物镜5传输到拉曼光谱仪6后，再经过CCD器件7处理后在显示器上成像。最后，得到的结果是单个细胞的形貌图和与细胞形貌所对应的近场拉曼光谱成像图。
Claims (9)
1.一种新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：包括激光器、音叉、光纤探针、多模光纤、物镜、拉曼光谱仪以及CCD器件，其中，光纤探针固定安装于音叉的一侧，置于多模光纤上端并与激光器的出光口连接；多模光纤的一端与物镜连接，另一端的端面放置待测样本并与光纤探针靠近；物镜连接至拉曼光谱仪的输入端，CCD器件与拉曼光谱仪的输出端连接；所述光纤探针与多模光纤放置待测样本的端面上设有贵金属纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述光纤探针与多模光纤放置待测样本的端面上的贵金属纳米颗粒通过化学自组装法加工设置。
3.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述光纤探针与多模光纤之间的距离由音叉通过剪切力距离反馈模式控制。
4.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述光纤探针对多模光纤端面上待测样品进行的逐点扫描和检测由音叉通过剪切力距离反馈模式控制。
5.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述光纤探针为锥形。
6.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述光纤探针与多模光纤放置待测样本的端面垂直。
7.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：工作时，激光器发出的光经过光纤探针照射于多模光纤端面上的待测样本上，散射出的拉曼信号由多模光纤收集并传输，经过物镜到达拉曼光谱仪后，再经过CCD器件转化为电信号。
8.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述贵金属纳米颗粒为金、银以及铜中的一种。
9.如权利要求1所述的新型的近场拉曼散射检测装置，其特征在于：所述光纤探针通过拉针仪拉制，并结合化学腐蚀法获得。
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