[发明专利]一种灵敏度与动态范围可调的表面等离子体共振系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于测试仪器技术领域，具体涉及一种灵敏度与动态范围可调的表面等离子体共振系统及检测方法。

背景技术

表面等离子体共振作为一种免标记、原位实时的界面分析技术，已经广泛应用于化学、生物、医学、物理、材料等领域。表面等离子体共振技术的基本原理是基于传感膜与介质样品间的界面上发生表面等离子体共振的条件随界面上样品折射率的变化而变化。由此可通过对表面等离子体共振条件的检测，获得传感膜表面样品的折射率及厚度信息；而通过对表面等离子体共振条件变化的检测，可对传感膜表面的物理与化学反应进行监测与分析，如果将靶分子键合在传感膜表面，分析物中特定的生物分子将与靶分子发生特异性结合，则可进行分子相互作用分析。

基于表面等离子体共振技术已经发展了表面等离子体共振及表面等离子体共振成像两类分析系统。高灵敏度几乎是所有分析系统的追求目标，表面等离子体共振也不例外。目前，在表面等离子体共振及成像的实际应用中，已经发展了基于样品修饰及传感膜修饰的提高灵敏度方法，但这些方法均是针对性很强的的局限性方法，而且提高灵敏度还会带来动态范围的减小。因而若能建立一种灵敏度与动态范围可调的，具普适性的表面等离子体共振传感方法是非常重要且有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有普适性的、灵敏度与动态范围可调的表面等离子体共振系统。该系统能够针对各种待测样品，在保证动态范围的前提下，进行高灵敏度检测分析；并且该系统无机械移动部件，系统稳定性高。

本发明所提供的灵敏度与动态范围可调的表面等离子体共振系统，由折射率可调的表面等离子体共振耦合单元、宽波段多色光源、入射光束整形单元和反射光检测单元组成；其中，所述折射率可调的表面等离子体共振耦合单元包括一折射率可调的流体棱镜、位于所述流体棱镜上的传感芯片、以及位于所述传感芯片上的样品流通池；所述传感芯片包括一光学透明基底及位于其上的传感膜，所述光学透明基底与所述流体棱镜中的流体介质相接触，所述传感膜构成所述样品流通池的一个底面。

所述入射光束整形单元将宽波段多色光源发出的光整形为空间尺寸可调的p偏振平行光或p偏振小角汇聚光束，经流体棱镜入射于传感芯片；所述反射光检测单元用于解析经流体棱镜的反射光的光谱。

本发明中，所述折射率可调的表面等离子体共振耦合单元中的流体棱镜由腔体及位于腔内的流体介质组成；其中所述流体棱镜的腔体上设有两个小孔和一个大孔，两个小孔分别用作所述流体介质的输入与输出口，一个大孔作为所述传感芯片的安装口，以使传感芯片与流体介质直接接触。

所述流体棱镜的腔体可以是半圆柱形、半球形、三角形等，或是其它可调节形状等。该腔体可由光学透明的玻璃、石英、硅、塑料等材料制成。

所述流体棱镜中的流体介质可以是光学透明的水、油、离子液体、磁流体等各种纯净或混合的液体、气体，或超临界流体等；所述流体棱镜的折射率可以通过置换流体介质或通过压力、温度、电场、磁场、电磁波等进行连续或非连续调节。

所述传感芯片包括一光学透明基底及制备于其上的传感膜，可根据需要对传感膜进行功能修饰；所述光学透明基底可以是玻璃、石英、硅、塑料等；所述传感膜为金、银等能够发生表面等离子体共振的材料。

所述传感芯片中的光学透明基底与所述流体棱镜中的流体介质直接接触，所述传感芯片中的传感膜与样品直接接触。

所述入射光束整形单元由光学准直元件、线偏振片、可调光阑、透镜等组成。

所述反射光检测单元由信号收集元件与光谱解析装置组成；所述光谱解析装置可以是单色仪配合光电二极管、光电池、光电倍增管等光电转换元件或摄谱仪配合光电二极管、电荷耦合器件(CCD)等线阵光电转换元件；所述信号收集元件与光谱解析装置可以直接耦合或通过光纤耦合。

所述入射光束整形单元将宽波段多色光源发出的光整形为空间尺寸可调的p偏振平行光或小角汇聚光束，经流体棱镜、传感芯片的光学透明基底，聚焦于光学透明基底与传感膜界面并发生受抑衰减全内反射，反射光经传感芯片的光学透明基底、流体棱镜，由反射光检测单元进行光谱解析，获得波长共振表面等离子体共振曲线。

所述流体棱镜的折射率在能够发生表面等离子体共振的条件下，折射率越低，检测灵敏度越高，动态范围越窄；而折射率越高，检测灵敏度越低，动态范围越宽。

本发明的另一个目的在于提供一种利用上述灵敏度与动态范围可调的表面等离子体共振系统检测待测样品的方法。