CN212722607U - 一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，包括智能手机、底座、手机支撑架、样品支架和光路系统，光路系统包括输入光学系统、棱镜、传感芯片和输出光学系统，输出光学系统靠近摄像头，棱镜、输入光学系统在输出光学系统一侧，闪光灯与输入光学系统连接；样品支架设在输入光学系统与输出光学系统间，底座上设有X轴滑轨，样品支架与X轴滑轨滑动连接，样品支架包括第一滑块、Y轴滑轨和固定结构，Y轴滑轨与X轴滑轨垂直设置，固定结构与Y轴滑轨滑动连接；棱镜安在固定结构上，固定结构上安有流通池，传感芯片一侧与棱镜贴合，另一侧贴合流通池。本实用新型能够实现生物分子的成像检测，适用于不同型号的智能手机。

Description

一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置

技术领域

本实用新型属于生化成像装置技术领域，更具体的说是涉及一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置。

背景技术

生物传感器在化学检测、环境监测和食品检测等领域得到广泛的应用。但目前，生物传感器的检测仍然存在许多问题和挑战，如制备选择性好、活性高、稳定性好的传感芯片；开发便携式生物传感器；开发实时分子检测的传感器及具有智能互联网功能的生物传感器等。因此，开发便携式的具有智能互联网功能的生物传感器势在必行。而智能手机的发展为便携式生物传感器的开发提供了新的机遇。与传统的生化检测装置相比，智能手机传感系统体积小易于携带，无需与电脑连接存储数据。而且智能手机不需额外的光源和复杂的光学器件，利用智能手机的闪光灯作为光源系统，同一智能手机的摄像头相机作为信号接收和成像系统。另外，部分研究小组已经利用智能手机进行化学和生物传感检测。

由于手机的型号不同，闪光灯与摄像头的间距也不相同，现有的手机成像检测装置无法调节以适应不同型号的手机，具有一定的使用局限性。

因此，如何提供一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，可有效地利用智能手机的闪光灯照射到传感芯片上，之后反射成像到智能手机的摄像头内，完成成像，不仅能够实现生物分子的成像检测，而且适用于不同型号的智能手机。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，包括：智能手机、底座、手机支撑架、样品支架和光路系统，所述手机支撑架安装在所述底座顶端，所述光路系统包括输入光学系统、棱镜、传感芯片和输出光学系统，所述智能手机安装在所述手机支撑架上，所述输出光学系统设置在靠近所述智能手机的摄像头位置，所述棱镜、所述输入光学系统依次排列在输出光学系统背离所述智能手机的一侧，所述智能手机的闪光灯通过光纤与输入光学系统连接；所述样品支架设置在输入光学系统与输出光学系统之间，所述底座上设置有X轴滑轨，所述样品支架包括第一滑块、Y轴滑轨和固定结构，所述Y轴滑轨固定在所述第一滑块上，且与所述X轴滑轨垂直设置，所述第一滑块与所述X轴滑轨滑动连接，所述固定结构与所述Y轴滑轨滑动连接；所述棱镜安装在所述固定结构上，所述固定结构上还安装有流通池，所述传感芯片一侧与所述棱镜贴合，另一侧贴合在所述流通池上。

优选的，所述闪光灯的出射光与传感芯片存在入射角θ，该入射角θ大小满足激发传感芯片的表面等离子体共振。

优选的，还包括光纤安装板，所述光纤安装板的上侧边开设有供光纤嵌入的光纤安装孔，与智能手机的闪光灯连接的光纤嵌入到光纤安装孔内。

优选的，所述输入光学系统包括滤光镜、扩束镜组合、准直透镜和偏光片，所述滤光镜、扩束镜组合、准直透镜和偏光片沿所述光纤安装板至棱镜方向依次设置，且呈直线排列。

优选的，所述传感芯片包括基底和纳米金属层，所述棱镜的折射率范围为1.4～1.9，所述基底可以是镧玻璃、BK7玻璃、普通玻璃或塑料基底的一种，纳米金属层通过蒸镀加工于基底上，蒸镀的第一层是2～5nm的铬金属，第二层金属材料是金、银、铜中的一种或者两种，总厚度为35～60nm。

优选的，所述输出光学系统包括透镜，其中，从传感芯片反射出来的反射光，经过透镜，到达智能手机的摄像头内进行成像。

优选的，所述手机支撑架包括基座、调节杆一、调节杆二和夹具，所述调节杆一铰接在所述基座顶端，所述调节杆二一端与所述调节杆一铰接连接，另一端与所述夹具相连，所述智能手机夹持在所述夹具上，所述夹具上开设有屏幕观察孔。

优选的，所述固定结构包括第二滑块、连杆、上夹板和下夹板，所述连杆底端与所述第二滑块相连，顶端与所述下夹板相连，所述上夹板和所述下夹板边沿处相对的位置均开设有螺纹孔，所述上夹板与所述下夹板通过螺栓相连。

优选的，所述底座包括连接段一、连接段二和连接段三，所述连接段一和所述连接段三均通过铰接件与所述连接段二相连。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型可有效地利用智能手机的闪光灯照射到传感芯片上，之后反射成像到智能手机的摄像头内，完成成像，能够实现生物分子的成像检测；由于手机的型号不同，闪光灯与摄像头的间距也不相同，本实用新型通过相互垂直的X轴滑轨与Y轴滑轨，从而可在不改变闪光灯的出射光与传感芯片的入射角的情况下，调整棱镜的位置，从而调整出射光的位置，以使出射光成像到智能手机的摄像头内，以适用于不同型号的智能手机。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型的结构示意图。

图2附图为本实用新型样品支架的结构示意图。

图3附图为本实用新型手机支撑架的结构示意图。

图4附图为本实用新型手机成像检测装置的原理图。

其中，图中，

1-智能手机；2-底座；201-连接段一；202-连接段二；203-连接段三；3-手机支撑架；31-基座；32-调节杆一；33-调节杆二；34-夹具；35-屏幕观察孔；4-样品支架；42-Y轴滑轨；43-第一滑块；44-第二滑块；45-连杆；46-上夹板；47-下夹板；48-螺栓；5-棱镜；6-传感芯片；7-光纤；8-X轴滑轨；9-光纤安装板；91-光纤安装孔；10-滤光镜；11-扩束镜组合；12-准直透镜；13-偏光片；14-透镜；15-流通池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图1-4，本实用新型提供了一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，包括：智能手机1、底座2、手机支撑架3、样品支架4和光路系统，手机支撑架3安装在底座2顶端，光路系统包括输入光学系统、棱镜5、传感芯片6和输出光学系统，智能手机1安装在手机支撑架3上，输出光学系统设置在靠近智能手机1的摄像头位置，棱镜5、输入光学系统依次排列在输出光学系统背离智能手机1的一侧，智能手机1的闪光灯通过光纤7与输入光学系统连接；样品支架4设置在输入光学系统与输出光学系统之间，底座2上设置有X轴滑轨8，样品支架4包括第一滑块43、Y轴滑轨42和固定结构，第一滑块43与X轴滑轨8滑动连接，Y轴滑轨42固定在第一滑块43上，且与X轴滑轨8垂直设置，固定结构与Y轴滑轨42滑动连接；棱镜5安装在固定结构上，固定结构上还安装有流通池15，传感芯片6一侧与棱镜5贴合，另一侧贴合在流通池15上。本实用新型X轴滑轨8与Y轴滑轨42相互垂直，安装棱镜5的固定结构可沿Y轴方向移动，整个样品支架4可沿X轴方向移动，从而可在不改变闪光灯的出射光与传感芯片6的入射角的情况下，在一定范围内随意调整棱镜5的位置，从而调整出射光的位置，以使出射光成像到智能手机1的摄像头内，以适用于不同型号的智能手机。

闪光灯的出射光与传感芯片6存在入射角θ，该入射角θ大小满足激发传感芯片6的表面等离子体共振，从而实现生物分子的成像检测。

本实用新型还包括光纤安装板9，光纤安装板9的上侧边开设有供光纤嵌入的光纤安装孔91，与智能手机1的闪光灯连接的光纤7嵌入到光纤安装孔91内。输入光学系统包括滤光镜10、扩束镜组合11、准直透镜12和偏光片13，滤光镜10、扩束镜组合11、准直透镜12和偏光片13沿光纤安装板9至棱镜5方向依次设置，且呈直线排列。该光纤7从智能手机1的闪光灯导出的光路依次经过滤光镜10、扩束镜组合11、准直透镜12和偏光片13，到达棱镜耦合的传感芯片6形成输入光路。在滤光镜10和偏光片13之间加设准直透镜组合11和扩束镜12可以达到准直和大光斑的效果，并使得进入棱镜5和传感芯片6表面的光斑强度均匀。

传感芯片6包括基底和纳米金属层，棱镜的折射率范围为1.4～1.9，基底可以是镧玻璃、BK7玻璃、普通玻璃或塑料基底的一种，纳米金属层通过蒸镀加工于基底上，蒸镀的第一层是2～5nm的铬金属，第二层金属材料是金、银、铜中的一种或者两种，总厚度为35～60nm。

输出光学系统包括透镜14，其中，从传感芯片6反射出来的反射光，经过透镜14，到达智能手机1的摄像头内进行成像。

手机支撑架3包括基座31、调节杆一32、调节杆二33和夹具34，调节杆一32铰接在基座1顶端，调节杆二33一端与调节杆一32铰接连接，另一端与夹具34相连，智能手机1夹持在夹具34上，夹具34上开设有屏幕观察孔35。将智能手机1安装在夹具34上，通过调节杆一32与调节杆二33，可调节智能手机1的安装高度与倾斜角度，以方便使用。

固定结构包括第二滑块44、连杆45、上夹板46和下夹板47，连杆45底端与第二滑块44相连，第二滑块44与Y轴滑轨42滑动连接，顶端与下夹板47相连，上夹板46和下夹板47边沿处相对的位置均开设有螺纹孔，上夹板46与下夹板47通过螺栓48相连。将棱镜5和流通池15置于上夹板46与下夹板47间，传感芯片6贴合在棱镜5与流通池15之间，从而方便棱镜5、流通池15以及传感芯片6的安装固定。

在另一种实施例中，上夹板46的下侧面和下夹板47的上侧面上均开设有呈三角形状的夹槽，当棱镜被夹持固定到上夹板46和下夹板47之间时，棱镜5嵌入到夹槽内固定，通过夹槽的设置，就可以更好的将棱镜5固定到上夹板46与下夹板47之间，同时能够对棱镜5进行有效地定位，保证SPR的正常发生。

在另一种实施例中，底座2包括连接段一201、连接段二202和连接段三203，连接段一201和连接段三203均通过铰接件与连接段二202相连。由于连接段一201、连接段二202和连接段三203间铰接连接，因此，在存放或携带手机成像检测装置时，可沿铰接处将底座折叠，能够减小占用空间。

本实用新型可有效地利用智能手机的闪光灯照射到传感芯片上，之后反射成像到智能手机的摄像头内，完成成像，能够实现生物分子的成像检测；由于手机的型号不同，闪光灯与摄像头的间距也不相同，本实用新型通过相互垂直的X轴滑轨与Y轴滑轨，从而可在不改变闪光灯的出射光与传感芯片的入射角的情况下，调整棱镜的位置，从而调整出射光的位置，以使出射光成像到智能手机的摄像头内，以适用于不同型号的智能手机。

本发明结构简单，不需额外的光源和复杂的光学器件，利用智能手机的闪光灯作为光源系统，同一智能手机的摄像头作为信号接收和成像系统，与其他部件构成传感器检测系统，具有小型化、重量轻、便于携带、成本低等特点；利用棱镜耦合的SPR技术，不需要荧光标记，可对传感芯片部分成像并获得成像视频，最终实现高灵敏度、高选择性和高稳定性的检测生物分子；操作方便，具有智能化程度高，易控制等特点。

本实用新型的工作流程：

先将智能手机安装到手机支撑架上，然后将棱镜安装在固定结构上，修饰过特异性受体的SPR传感芯片通过匹配油贴附在棱镜上，并安装流通池，流通池贴附于传感芯片的表面，光纤从智能手机的闪光灯导出的光路依次经过滤光镜、扩束镜组合、准直透镜和偏光片，到达棱镜耦合的传感芯片，从传感芯片反射出来的反射光，经过透镜，到达智能手机的摄像头内进行成像，通过手机的摄像头采集样品的成像图或成像视频；将不同浓度的检测样品通过蠕动泵或注射器加入到流通池中反应，记录传感芯片反应过程的视频；通过手机或电脑软件处理，得到不同样品检测时随时间的反射率的变化曲线，进而实现对化学和生物样品的检测应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，包括：智能手机、底座、手机支撑架、样品支架和光路系统，所述手机支撑架安装在所述底座顶端，所述光路系统包括输入光学系统、棱镜、传感芯片和输出光学系统，所述智能手机安装在所述手机支撑架上，所述输出光学系统设置在靠近所述智能手机的摄像头位置，所述棱镜、所述输入光学系统依次排列在输出光学系统背离所述智能手机的一侧，所述智能手机的闪光灯通过光纤与输入光学系统连接；所述样品支架设置在输入光学系统与输出光学系统之间，所述底座上设置有X轴滑轨，所述样品支架包括第一滑块、Y轴滑轨和固定结构，所述Y轴滑轨固定在所述第一滑块上，且与所述X轴滑轨垂直设置，所述第一滑块与所述X轴滑轨滑动连接，所述固定结构与所述Y轴滑轨滑动连接；所述棱镜安装在所述固定结构上，所述固定结构上还安装有流通池，所述传感芯片一侧与所述棱镜贴合，另一侧贴合在所述流通池上。

2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述闪光灯的出射光与传感芯片存在入射角θ，该入射角θ大小满足激发传感芯片的表面等离子体共振。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，还包括光纤安装板，所述光纤安装板的上侧边开设有供光纤嵌入的光纤安装孔，与智能手机的闪光灯连接的光纤嵌入到光纤安装孔内。

4.根据权利要求3所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述输入光学系统包括滤光镜、扩束镜组合、准直透镜和偏光片，所述滤光镜、扩束镜组合、准直透镜和偏光片沿所述光纤安装板至棱镜方向依次设置，且呈直线排列。

5.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述传感芯片包括基底和纳米金属层，所述棱镜的折射率范围为1.4～1.9，所述基底是镧玻璃、BK7玻璃、普通玻璃或塑料基底的一种，纳米金属层通过蒸镀加工于基底上，蒸镀的第一层是2～5nm的铬金属，第二层金属材料是金、银、铜中的一种，总厚度为35～60nm。

6.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述输出光学系统包括透镜，其中，从传感芯片反射出来的反射光，经过透镜，到达智能手机的摄像头内进行成像。

7.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述手机支撑架包括基座、调节杆一、调节杆二和夹具，所述调节杆一铰接在所述基座顶端，所述调节杆二一端与所述调节杆一铰接连接，另一端与所述夹具相连，所述智能手机夹持在所述夹具上，所述夹具上开设有屏幕观察孔。

8.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述固定结构包括第二滑块、连杆、上夹板和下夹板，所述连杆底端与所述第二滑块相连，顶端与所述下夹板相连，所述上夹板和所述下夹板边沿处相对的位置均开设有螺纹孔，所述上夹板与所述下夹板通过螺栓相连。

9.根据权利要求1所述的一种基于表面等离子体共振的手机成像检测装置，其特征在于，所述底座包括连接段一、连接段二和连接段三，所述连接段一和所述连接段三均通过铰接件与所述连接段二相连。

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