[发明专利]用于高效生物检测的SPR‑PI传感器及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于相位型SPR光学传感领域，涉及一种基于相位调制作用及蛋白打印技术的SPR-PI传感器。

背景技术

表面等离子体共振(surface plasmon resonance，以下简称SPR)是一种物理光学现象。在全内反射装置里，入射光在入射面发生全反射，产生倏逝波。倏逝波渗透入与入射面耦合的金属薄膜中，并激发表面等离子体。当倏逝波波矢和表面等离子体的波矢相匹配时，发生表面等离子体共振现象。当满足SPR条件时，由于激光在SPR传感芯片上发生共振，并且只有p偏振光可以引起SPR现象，故反射光中p偏振光的光强和相位会发生剧烈变化。反射光中p偏振光的光强和相位变化量对金属薄膜表面介质的折射率变化有灵敏响应。SPR传感器检测的折射率变化与金属薄膜表面结合的分子直接相关，因而可将SPR传感器应用于分子检测。

采用激光束作为SPR激发光源，并将SPR芯片设计为点阵结构，用CCD检测阵列每个监测点的SPR信号并分析可实现高通量生物检测，此为SPR成像传感技术。SPR相位信号对金属薄膜表面折射率变化更加灵敏，因此相敏SPR成像传感器(Surface Plasmon Resonance Phase-Sensitive Imaging sensor，以下简称SPR-PI传感器)具有高灵敏度。

目前商业化的SPR生物传感器体积庞大，结构复杂，价格昂贵，且一次测试只能实现一种生物分子的检测，效率低。据此，本发明基于SPR-PI传感器，结合蛋白打印技术以及SPR信号增强方法，提出了一种高效生物检测SPR-PI传感器。

发明内容

1、发明目的。

本发明提出了一种高效生物检测SPR-PI传感器及检测方法，解决现有技术中体积庞大、价格昂贵的问题。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明公开了一种用于高效生物检测的SPR-PI传感器，包括光学分束器3、SPR传感棱镜7，SPR传感棱镜7背面耦合微流传感芯片，激光点光源入射光学分束器3后，分光器将调整后的p光和s光相位差入射至SPR传感棱镜7，满足SPR条件后，对微流传感芯片注入的参考和待测液体进行相位比对，判断检测的液体中是否含有该抗体。

更进一步具体实施方式中，还包括激光器1、第一偏振片2，第二偏振片8、相位调制器4、针孔光阑5、扩束器6、CCD图像传感器9；

激光器1发出的光通过第一偏振片2经过光学分束器3入射至相位调制器4，相位调制器4对光源的p光分量和s光分量引入相位差后反射回光学分束器3；

光学分束器3将相位调制器4反射回的光源再次反射，依次经过针孔光阑5、扩束器6后到达SPR传感棱镜7；光经微流传感芯片反射后，通过第二偏振片8到达CCD图像传感器9。

更进一步具体实施方式中，扩束器6采用准直扩束或者是利用线型激光发生器，将激光扩束成面型激光束或是线型激光束。

更进一步具体实施方式中，所述的SPR传感棱镜7采取纳米结构及2D材料石墨烯制作SPR传感芯片7的传感面。

本发明公开了一种用于高效生物检测的SPR-PI传感器检测方法，按照如下步骤进行：

步骤1、搭建上述的传感器；

步骤2、调节光路至SPR条件；

步骤3、生物检测：向微流传感芯片内注入缓冲剂和待检测液体，通过比对芯片蛋白阵列各点对应的p光的相位变化检测液体中是否含有该抗体。

更进一步具体实施方式中，所述的步骤2中调节光路至SPR条件：

当向微流传感芯片内注入水时，通过旋转SPR传感棱镜，使得CCD检测的光强为最小值，此时传感棱镜对应的角度为SPR角，满足SPR条件；

更进一步具体实施方式中，所述的步骤3中生物检测：

步骤3.1向微流传感芯片内注入缓冲剂，由相位调制器引入一组不同的p光和s光相位差，CCD图像传感器检测出相应的偏振干涉光强，计算得芯片蛋白阵列各点对应的p光的相位变化；

步骤3.2将待检测液体注入微流传感芯片中，一段时间后，采取同样的方式，计算得芯片蛋白阵列各点对应的p光的相位变化；

步骤3.3对比注射缓冲剂时获得的相位信息，若两次相位有所不同，则在传感芯片上对应抗原蛋白有抗体和其连接，表明检测的液体中含有该抗体。

更进一步具体实施方式中所述的芯片蛋白阵列将多种抗体蛋白按一定序列方式排列打印至SPR传感芯片上，实现对多种抗原同时检测。

3、本发明所产生的技术效果。