CN117705765A - 一种具有高性能多通道的近红外spr集成传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，包括样品流通模块、光学传感模块和多通道控制模块，采用近红外光源激发SPR效应，实现灵敏度提升；采用时分复用方法实现波长调制方案的多通道检测；采用偏振片同时实现p偏振光的滤波，用于减小半峰宽，从而提高品质因数，品质因数和半峰宽及灵敏度相关；采用触摸屏控制及数据处理，实现传感系统集成化。通过多通道检测可以实现混合样本中的自补偿检测，本发明中描述了双检测通道，实现两种样本的检测，一补偿通道用于实现非特异性吸附的自补偿，该方法可扩展到更多通道从而实现多种混合样本的检测。
Description
技术领域
本发明涉及生物传感技术领域，特别是涉及一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置。
背景技术
表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)传感技术是一种光电检测技术。当光入射到镀有一定厚度金属薄膜的棱镜表面时，会发生全反射现象，在满足一定条件时，形成的消逝波与介质中的等离激元波发生共振效应，因此入射光强度大幅度衰减，即为SPR效应。由于它对吸附在金属表层的介质折射率具有良好的敏感性和动态响应性，因此能够检测传感表面与折射率有关的变化(如分子、离子的结合过程等)。与传统传感器相比，SPR传感器具有抗电磁干扰、稳定性好、响应速度快等优点，已经在医学、生物、化学等许多重要领域得到广泛应用。目前SPR传感器由于其灵敏度和分辨率的限制，在低浓度小分子结合等检测领域具有一定的局限性，此外，目前SPR设备的检测门槛高、智能化程度低、集成困难，因此实现高性能智能化集成检测是目前SPR检测技术的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现集成化多通道检测方案，整个系统结构简单，易操作，可以实现对分子、离子样品的高精度检测，在医疗诊断、视频安全、环境监测等领域具有广泛应用前景。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，包括
样品流通模块，所述样品流通模块包括多个流通池，多个所述流通池的进出口端分别连接有进样管和出样管；不同样品通过多个所述进样管通入多个流通池，然后通过出样管流出；以及
光学传感模块，各流通池的底部通过支架设置有所述光学传感模块，所述光学传感模块包括近红外光源、入射光纤、棱镜、镀制有传感膜的传感芯片和反射光纤，近红外光源为所述光学传感模块提供近红外入射光，入射光通过所述入射光纤传播然后经过入射准直镜将入射光转换为准直光；准直光入射偏振片，偏振片将入射光中的p偏振光入射至所述棱镜；所述镀制有传感膜的传感芯片与棱镜之间通过折射率匹配液耦合；p偏振光在所述棱镜内部传播至传感芯片与传感膜的接触面，在各所述流通池的光学传感通道中发生SPR现象后，反射至各反射准直镜；所述反射准直镜将准直光耦合并进入所述反射光纤中再传播至多路光开关；以及
多通道控制模块，所述多通道控制模块包括多路光开关、微型光谱仪和树莓派，所述多路光开关与各光学传感模块连接，所述树莓派用于控制多路光开关进行光路之间的切换；所述多路光开关将光路切换后的光经光纤传输到所述微型光谱仪；所述微型光谱仪将光的信息传送至树莓派中；所述树莓派将信息进行处理并显示到集成传感装置外壳上的显示屏上。
优选地，多个所述流通池的顶部设置有流通池盖子，所述流通池盖子用于将各流通池进行划分并隔开。
优选地，所述流通池的数量为三个，所述流通池盖子对三个所述流通池进行划分。
优选地，三个所述流通池中的光学传感模块共组成三条光路，所述多光路开关用于对各光路进行切换，使三条光路的信息周期性传递给所述微型光谱仪，所述树莓派再将微型光谱仪传输的信息进行复原。
优选地，三个所述流通池中，其中一个流通池的传感膜采用的传感膜与其余两个流通池的传感膜不同。
优选地，所述光源通过入射光纤与光学传感模块连接；所述多路光开关通过反射光纤与光学传感模块连接。
优选地，所述多路光开关通过光纤与微型光谱仪连接；所述多路光开关和显示屏通过导线与树莓派连接。
优选地，所述光源、多路光开关、微型光谱仪、树莓派和显示屏均通过电源线与电源转换模块连接。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，包括样品流通模块、光学传感模块和多通道控制模块，采用近红外光源激发SPR效应，相比于传统可见光实现了光谱灵敏度的大幅度提升；采用时分复用方法实现波长调制方案的多通道检测；采用偏振片实现p偏振光的滤波，用于减小半峰宽，从而提高品质因数，品质因数和半峰宽及灵敏度相关；采用触摸屏控制及数据处理，实现传感系统集成化。通过多通道检测可以实现混合样本中的自补偿检测，本发明中描述了双检测通道，实现两种样本的检测，一补偿通道用于实现非特异性吸附的自补偿，该方法可扩展到更多通道从而实现多种混合样本的检测。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置的外壳示意图；
图2为具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置的内部结构示意图；
图3为光学传感模块示意图以及内部结构图；
图4为具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置的线路连接示意图；
图5为显示屏界面示意图；
其中，1、外壳；2、电源开关；3、显示屏；4、按钮；5、电源接口；6、流通池盖子；7、进样管；8、出样管；9、光源；10、多路光开关；11、微型光谱仪；12、树莓派；13、电源转换模块；14、光学传感模块；15、光学传感模块外壳；16、反射光纤；17、1*3入射光纤；18、反射准直镜；19、入射准直镜；20、镀制有传感膜的传感芯片；21、棱镜；22、支架；23、偏振片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现集成化多通道检测方案，整个系统结构简单，易操作，可以实现对分子、离子样品的高精度检测，在医疗诊断、环境监测等领域具有广泛应用前景。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图5所示，本发明提供一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，光源9为设置在光学传感模块外壳15内的光学传感模块14提供近红外入射光；入射光通过1*3入射光纤17传播；入射光经过多个入射准直镜19后将入射光分别转换为准直光；准直光入射到多个偏振片23，偏振片23将入射光中的p偏振光入射至棱镜21，可减小半峰宽，从而提高品质因数；镀制有传感膜的传感芯片20与棱镜21之间通过折射率匹配液耦合；p偏振光在棱镜21内部传播至传感芯片与传感膜接触面，在多通道中发生SPR现象后，反射至多个反射准直镜18；反射准直镜18将准直光耦合进入反射光纤16；并传播至多路光开关10；树莓派12控制多路光开关10进行光路之间的切换；多路光开关10将光路切换后的光经光纤传输到微型光谱仪11；微型光谱仪11将光的信息传送至树莓派12中；树莓派12将信息进行处理并显示到显示屏3上显示。
样品通过多个进样管7通入流通池，通过多个出样管8流出，流通池盖子6划分出三个流通池，为样品和特异性传感膜反应提供空间。
光路有三条，但微型光谱仪11只能处理一条光路信息，所以通过多路光开关10对光路进行切换，使三条光路的信息周期性传递给微型光谱仪11，树莓派12再将微型光谱仪11传输的信息进行复原。
三条光路分别对应三个流通池，一条通道放置非特异性传感膜，实现混合样本中的自补偿检测，两条通道放置两种特异性传感膜，从而实现多种混合样本的检测。
光源9通过1*3入射光纤17与光学传感模块14连接；多路光开关10通过反射光纤16与光学传感模块14连接；多路光开关10通过光纤与微型光谱仪11连接；多路光开关10和显示屏3通过导线与树莓派12连接；光源9、多路光开关10、微型光谱仪11、树莓派12、显示屏3通过电源线与电源转换模块连接。
本发明中的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置的特点如下：
1、高灵敏度：采用近红外光源激发SPR效应，实现灵敏度提升；
2、波长多通道检测：采用时分复用方法实现波长调制方案的多通道检测；
3、高性能：采用偏振片23实现p偏振光的滤波，用于减小半峰宽，从而提高品质因数，品质因数和半峰宽及灵敏度相关；通过引入补偿通道实现非特异性吸附自补偿，去除干扰因素；
4、集成化：采用触摸屏控制及树莓派数据处理，实现传感系统集成化。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：包括样品流通模块，所述样品流通模块包括多个流通池，多个所述流通池的进出口端分别连接有进样管和出样管；不同样品通过多个所述进样管通入多个流通池，然后通过出样管流出；以及
光学传感模块，各流通池的底部通过支架设置有所述光学传感模块，所述光学传感模块包括近红外光源、入射光纤、棱镜、镀制有传感膜的传感芯片和反射光纤，近红外光源为所述光学传感模块提供近红外入射光，入射光通过所述入射光纤传播然后经过入射准直镜将入射光转换为准直光；准直光入射偏振片，偏振片将入射光中的p偏振光入射至所述棱镜；所述镀制有传感膜的传感芯片与棱镜之间通过折射率匹配液耦合；p偏振光在所述棱镜内部传播至传感芯片与传感膜的接触面，在各所述流通池的光学传感通道中发生SPR现象后，反射至各反射准直镜；所述反射准直镜将准直光耦合并进入所述反射光纤中再传播至多路光开关；以及
多通道控制模块，所述多通道控制模块包括多路光开关、微型光谱仪和树莓派，所述多路光开关与各光学传感模块连接，所述树莓派用于控制多路光开关进行光路之间的切换；所述多路光开关将光路切换后的光经光纤传输到所述微型光谱仪；所述微型光谱仪将光的信息传送至树莓派中；所述树莓派将信息进行处理并显示到集成传感装置外壳上的显示屏上。
2.根据权利要求1所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：多个所述流通池的顶部设置有流通池盖子，所述流通池盖子用于将各流通池进行划分并隔开。
3.根据权利要求1所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：所述流通池的数量为三个，所述流通池盖子对三个所述流通池进行划分。
4.根据权利要求3所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：三个所述流通池中的光学传感模块共组成三条光路，所述多光路开关用于对各光路进行切换，使三条光路的信息周期性传递给所述微型光谱仪，所述树莓派再将微型光谱仪传输的信息进行复原。
5.根据权利要求3所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：三个所述流通池中，其中一个流通池的传感膜采用的传感膜与其余两个流通池的传感膜不同。
6.根据权利要求1所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：所述入射光纤采用1*3入射光纤，所述光源通过1*3入射光纤与光学传感模块连接；所述多路光开关通过反射光纤与光学传感模块连接。
7.根据权利要求1所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：所述多路光开关通过光纤与微型光谱仪连接；所述多路光开关和显示屏通过导线与树莓派连接。
8.根据权利要求1所述的具有高性能多通道的近红外SPR集成传感装置，其特征在于：所述光源、多路光开关、微型光谱仪、树莓派和显示屏均通过电源线与电源转换模块连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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