[发明专利]一种基于金膜光热效应的溶液检测方法和装置

说明书

一种高灵敏实时检测溶液浓度和种类的方法，基于泵浦探测技术和光热吸收效应，使用泵浦光照射金膜，金膜吸收光后产生热，并传递到周围被测溶液中，热传播过程中由于温度变化引起周围被测溶液折射率改变。利用凸透镜将探测光聚焦通过棱镜全内反射方式照射到金膜上，反射光使用偏振分光将s偏振和p偏振的光分开，通过平衡探测器测量s偏振和p偏振的电信号差值，进而得到由于光热效应引起的折射率变化。在测量中对泵浦光进行调制，并将调制信息反馈到锁相放大器中，同时将差分探测器电信号输入到锁相放大器，利用锁相放大功能实现对光热信号的测量。本发明适用于高灵敏度实时检测溶液浓度和种类。

技术领域

本发明属于微流控检测和光热吸收检测技术领域，涉及一种利用泵浦探测技术和光热吸收检测相结合的溶液检测方法和装置。

背景技术

光热效应指材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高，由于温度的变化而造成物质的电学特性，并随着热传播引起周围介质折射率的变化。利用光热效应的探测器：热敏电阻、热电偶、热电堆和热释电探测器等。光热效应还作为一种光学依赖的生物检测技术有着高分辨率、高对比度等优势，可以实现光热成像，与其它生物成像和检测方法形成了很好的互补。在光热效应中泵浦光被研究对象所吸收，然后是放出热量造成局部折射率的变化。光热成像技术为测量溶液当中的非荧光分子提供了非常灵敏的手段。已经被用来研究金纳米颗粒，直接对细胞内的线粒体成像，甚至实现了灵敏的单分子检测。目前，光热成像主要是利用热致折射率变化引起探测光的散射来进行测量，要求光热成像实验装置往往非常复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种能够高灵敏实时检测溶液浓度和种类的方法和装置，以便更准确的研究溶液浓度及其在生物传感等方面的应用。

为实现上述目的，本发明所述方法的步骤如下：

第一步，金膜样品的制备，用磁控溅射的方法在石英基底上制备，获得金膜样品；

第二步，在金膜的周围用PDMS做一个微流通道，将被测液体通过微流泵注入PDMS微流通道内；

第三步，探测光部分使用圆偏振光或非偏振光入射，通过50倍物镜会聚到带有目标金膜的棱镜和基底材料的交界面，使用偏振分光棱镜将全反射光分成s偏振和p偏振的两束光，分别用物镜镜聚焦后使用平衡探测器探测s偏振和p偏振的电信号。调节高度和棱镜角度使聚焦光斑打在和金膜接触的基底材料上，并且在该界面发生全反射，用平移台移动基底材料，使金膜和探测光斑重合；

第四步，金膜样品和探测光斑重合以后，调节平衡探测器前的衰减片，使s偏振和p偏振光的强度一样；

第五步，引入经过声光调制器调制的线偏振泵浦光，将聚焦好的泵浦光，探测光还有样品三者重合；

第六步，将声光调制器对泵浦光的调制频率反馈到锁相放大器，同时将探测光测量的s偏振和p偏振的电信号输入到锁相放大器进行信号测量，通过改变泵浦光的偏振角度，来记录光热信号的变化。

附图说明

图1光热信号探测的光路示意图；

图2键合上PDMS微流通道的金膜样品与棱镜结合后的图片

图3向PDMS微流通道中先后通入水-0.1％Nacl水溶液-水的过程中光热信号随着溶液变化的数据图；

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面以附图的方式并结合实例对本发明提供的基于金膜光热效应的溶液检测方法和装置进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料都可应用于本发明方法中。

实施例1

0.1％Nacl水溶液光热信号的探测

如图2所示，首先用磁控溅射的方法在石英基底上制备金膜，然后在金膜上键合PDMS微流通道，最后将被测溶液通入PDMS微流通道。将聚焦好的泵浦光，探测光和样品重合以后产生光热信号。通过微流泵通入不同被测溶液来观察金膜光热信号的变化。图3中通过微流泵向PDMS微流通道中先后通入水-0.1％Nacl溶液-水的过程中，光热信号随溶液变化发生明显变化。