CN212722608U - 基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，包括智能手机和便携式手机配件；智能手机包括光学图像传感器、闪光灯和中央处理器，便携式手机配件包括与智能手机可拆卸固定配合的配件框体，配件框体内设置有同轴于闪光灯入射光路上的偏光片，在偏光片后端沿着闪光灯的入射光路设置有光栅耦合的等离子体共振传感芯片，闪光灯的入射光在等离子体共振传感芯片上反射所形成的反射光入射到光学图像传感器上；等离子体共振传感芯片固定在样品支架上，偏光片安装在第一固定支架上，且第一固定支架固定在配件框体内，样品支架通过穿插孔插拔设置在配件框体内。实现了SPR传感检测设备的微型化，并逐步走向家庭的个性化诊断。

Description

基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置

技术领域

本实用新型涉及便携式生化检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置。

背景技术

智能手机已成为人类现代生活中不可或缺的一部分，因为它自带Wi-Fi、蓝牙、高像素相机、跟内置传感器相结合的多媒体服务系统，如GPS导航、光线传感器、温度传感器等。如此功能强大又便于携带的智能手机，已经慢慢取代电脑的许多用途，成为人们更方便快捷的一种生活方式。伴随着手机软件的大发展，现有的智能手机具有高分辨率摄像头、闪光灯、触摸屏和强大的CPU等配件，可以实现理想的光学传感、数据存储和处理功能。

而近年来，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，有必要开发便携的表面等离子体共振生化检测设备。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。

因此，如何提供一种基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化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手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，克服了传统SPR生物传感器技术复杂、成本高、设备庞大等缺点，同时实现了SPR传感检测设备的微型化，并逐步走向家庭的个性化诊断。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，包括：智能手机和便携式手机配件；

智能手机包括光学图像传感器、闪光灯、显示屏和中央处理器，光学图像传感器、闪光灯和显示屏均与中央处理器连接；

便携式手机配件包括与智能手机可拆卸固定配合的配件框体，配件框体内设置有同轴于闪光灯入射光路上的偏光片，在偏光片后端沿着闪光灯的入射光路设置有光栅耦合的等离子体共振传感芯片，闪光灯的入射光与等离子体共振传感芯片存在入射角θ，闪光灯的入射光在等离子体共振传感芯片上反射所形成的反射光入射到光学图像传感器上，等离子体共振传感芯片与光学图像传感器之间的反射光路上还设置有衍射分光光栅；

便携式手机配件还包括样品支架和第一固定支架，等离子体共振传感芯片固定在样品支架上，偏光片安装在第一固定支架上，且第一固定支架固定在配件框体内，样品支架通过穿插孔插拔设置在配件框体内。

进一步，便携式手机配件还包括滤光镜和第二固定支架，滤光镜设置在偏光片和等离子体共振传感芯片之间的入射光路上，第二固定支架卡接在配件框体内，且滤光镜安装在第二固定支架上。

进一步，配件框体上设置有闪光灯入射孔和光学图像传感器接收孔，闪光灯通过闪光灯入射孔入射到偏光片上，衍射分光光栅贴合在光学图像传感器接收孔上，且反射光依次通过衍射分光光栅和光学图像传感器接收孔传输至光学图像传感器上。

进一步，配件框体内对称设置有固定条，样品支架通过穿插孔放置在固定条上。

进一步，等离子体共振传感芯片包括纳米金属层和基底，纳米金属层设置在基底上。

进一步，纳米金属层的第一层是2nm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60nm～80nm；

基底材料为镧玻璃、BK7玻璃、普通玻璃或塑料基底的一种，在基底材料上设置有一层或几层有机材料，有机材料是紫外光固化聚合物NOA72、NOA73、NOA65的一种或者几种。

进一步，衍射分光光栅包括刻有等距光栅条纹的透光片。

进一步，光学图像传感器包括CCD相机。

进一步，第一固定支架包括上夹块和下夹块，下夹块与配件框体固定连接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，具体公开了便携式手机配件内部结构，结构简单，体积小、便于携带，且本实用新型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，同一智能手机的光学图像传感器作为信号接收系统，且生物传感器操作方便，具有智能化程度高，易控制的特点。

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附图为本实用新型提供的装置原理示意图。

图2附图为本实用新型提供的便携式手机配件与智能手机的配合示意图。

图3附图为本实用新型提供的装置结构具体示意图。

图4附图为本实用新型提供的上夹块结构示意图。

图5附图为本实用新型提供的下夹块结构示意图。

其中，1、智能手机，11、光学图像传感器，12、闪光灯，13、显示屏，14、中央处理器，2、便携式手机配件，21、配件框体，22、偏光片，23、等离子体共振传感芯片，24、衍射分光光栅，25、样品支架，26、第一固定支架，27、滤光镜，28、第二固定支架，29、闪光灯入射孔，30、光学图像传感器接收孔，31、固定条，32、穿插孔，33、上夹块，34、下夹块。

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。

本实用新型实施例公开了一种基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，包括有智能手机1和便携式手机配件2，该智能手机1包括有光学图像传感器11、闪光灯12、触控显示屏13和中央处理器14，光学图像传感器11为CCD照相机(分辨率是800万像素或以上)，手机的中央处理器CPU为双核以上，并且主频为1.5GHz以上，手机操作系统可以是AndroidOS2.3或iOS8.0及以上版本的操作系统，可以实时记录检测过程的光谱信号，并实时处理。

便携式手机配件2包括有与智能手机1可拆卸固定配合的配件框体21，该配件框体21内设置有依次同轴于闪光灯的入射光路上的偏光片22和滤光镜27(仅光路校准时使用)，在滤光镜27的后端沿着闪光灯的入射光路还设置有光栅耦合的等离子体共振传感芯片23，该闪光灯的入射光与等离子体共振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，闪光灯的入射光在等离子体共振传感芯片23上反射所形成的反射光入射到光学图像传感器11上，光学图像传感器11根据反射光获得表面等离子体共振光谱图，中央处理器14根据表面等离子体共振光谱图和标准表面等离子体共振光谱图进行比对数据分析，获得生化检测数据，显示屏13显示生化检测数据；等离子体共振传感芯片与光学图像传感器之间的反射光路上还设置有衍射分光光栅24。

其中，等离子体共振传感芯片23固定在样品支架25上，偏光片22安装在第一固定支架26上，滤光镜27安装在第二固定支架28上，样品支架25通过穿插孔32放置在配件框体21内的固定条31上，即待检测时通过穿插孔32将样品支架25放入配件框体内，检测完毕即可抽出。

本实用新型公开了便携式手机配件内部的具体结构，且结构简单，体积小便于携带。

其中，等离子体共振传感芯片23包括纳米金属层和基底，等离子体共振传感芯片的纳米金属层通过蒸镀加工于基底上，蒸镀的第一层是2nm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60～80nm。

该基底通过以下工序制备：基底材料为镧玻璃、BK7玻璃、普通玻璃或塑料基底的一种，在该基底材料上加工一层或几层有机材料，有机材料是紫外光固化聚合物NOA72、NOA73、NOA65的一种或者几种，经过有纳米结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的印压，并利用波长范围为300～380nm的紫外光照射2～5h后取掉PDMS，形成的SPR芯片的光栅周期范围是400～900nm，深度是20～100nm。

本实用新型光信号传播过程是：结合图1所示，智能手机的闪光灯12发出的光通过闪光灯入射孔29经过偏光片22、滤光镜27到达光栅耦合的等离子体共振传感芯片23发生反射，反射光再经过衍射分光光栅24分光，通过光学图像传感器接收孔30到达同一智能手机的光学图像传感器11上，光学图像传感器11根据反射光获得表面等离子体共振光谱图，中央处理器14根据表面等离子体共振光谱图和标准表面等离子体共振光谱图进行比对数据分析，获得生化检测数据，显示屏13显示生化检测数据。

需要说明的是，本实用新型并没有对软件部分进行创新，中央处理器利用现有数据处理软件即可实现数据处理过程，本新型只保护改进的装置结构。

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 (7)

1.基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，包括：智能手机(1)和便携式手机配件(2)；

智能手机(1)包括光学图像传感器(11)、闪光灯(12)、显示屏(13)和中央处理器(14)，光学图像传感器(11)、闪光灯(12)和显示屏(13)均与中央处理器(14)连接；

便携式手机配件(2)包括与智能手机(1)可拆卸固定配合的配件框体(21)，配件框体(21)内设置有同轴于闪光灯(12)入射光路上的偏光片(22)，在偏光片(22)后端沿着闪光灯(12)的入射光路设置有光栅耦合的等离子体共振传感芯片(23)，闪光灯(12)的入射光与等离子体共振传感芯片(23)存在入射角θ，闪光灯(12)的入射光在等离子体共振传感芯片(23)上反射所形成的反射光入射到光学图像传感器(11)上，等离子体共振传感芯片(23)与光学图像传感器(11)之间的反射光路上还设置有衍射分光光栅(24)；

便携式手机配件(2)还包括样品支架(25)和第一固定支架(26)，等离子体共振传感芯片(23)固定在样品支架(25)上，偏光片(22)安装在第一固定支架(26)上，且第一固定支架(26)固定在配件框体(21)内，样品支架(25)通过穿插孔(32)插拔设置在配件框体(21)内；

便携式手机配件(2)还包括滤光镜(27)和第二固定支架(28)，滤光镜(27)设置在偏光片(22)和等离子体共振传感芯片(23)之间的入射光路上，第二固定支架(28)卡接在配件框体(21)内，且滤光镜(27)安装在第二固定支架(28)上。

2.根据权利要求1所述的基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，配件框体(21)上设置有闪光灯入射孔(29)和光学图像传感器接收孔(30)，闪光灯(12)通过闪光灯入射孔(29)入射到偏光片(22)上，衍射分光光栅(24)贴合在光学图像传感器接收孔(30)上，且反射光依次通过衍射分光光栅(24)和光学图像传感器接收孔(30)传输至光学图像传感器(11)上。

3.根据权利要求1或2所述的基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，配件框体(21)内对称设置有固定条(31)，样品支架(25)通过穿插孔(32)放置在固定条(31)上。

4.根据权利要求3所述的基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，等离子体共振传感芯片(23)包括纳米金属层和基底，纳米金属层设置在基底上。

5.根据权利要求1所述的基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，衍射分光光栅(24)包括刻有等距光栅条纹的透光片。

6.根据权利要求1所述的基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，光学图像传感器(11)包括CCD相机。

7.根据权利要求2所述的基于手机平台的便携式表面等离子体共振生化检测装置，其特征在于，第一固定支架(26)包括上夹块(33)和下夹块(34)，下夹块(34)与配件框体(21)固定连接。

Images