[发明专利]一种衍射成像分子检测装置及其应用

说明书

本发明公开了一种衍射成像分子检测装置及其应用。本发明的衍射成像分子检测装置，包括光源单元、LSPR传感单元、分光单元和显示单元；所述LSPR传感单元设于光源单元和分光单元之间，且三者平行分布在同一光路上；所述分光单元为曲面全息光栅；所述光源单元为检测装置提供光信号，光穿透LSPR传感单元上的待测样品溶液后，再穿过LSPR传感单元到达分光单元，分光单元将光信号分光后投射于显示单元形成衍射图像，无需使用高灵敏度、高分辨率的光谱仪，仅通过分析衍射图像中像素位置和强度分布关系即可获得传感单元界面分子吸附变化的过程。

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，更具体地，涉及一种衍射成像分子检测装置及其应用。

背景技术

由于金属和介电纳米光子结构的超表面具有在亚波长范围内操纵光散射的独特能力，其广泛应用于纳米光子领域。而且，局域表面等离子体共振效应是金属纳米结构的特有的光学性质，当一束光照射到超表面时，光的频率与金属纳米粒子表面的自由电子振动频率相同时会产生共振，进而使得金属纳米结构对周围环境的折射率变化十分敏感，因此金属纳米结构十分适合应用于超表面纳米结构上的薄层附着物的折射率变化的传感，以检测附着物分子在溶液中的变化及其传感器界面吸附变化的过程。

然而，当超表面纳米结构上附着物的量非常小时，采用常规的光谱仪难以检测上述附着物分子在溶液中的变化过程及其在传感器界面吸附变化过程，需要高灵敏度和高分辨率的光谱仪才可以记录附着物的变化过程，但这种光谱仪通常体积庞大，昂贵且复杂，严重阻碍了超表面在分子传感和许多其他日常检测场景中的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中检测微量附着物分子在溶液中的变化及其在传感器界面的吸附变化过程需要使用高灵敏度、高分辨率光谱仪的缺陷和不足，提供一种衍射成像分子检测装置，将作为LSPR传感单元的等离子体超表面和作为分光单元的曲面全息光栅相结合，在检测光依次经过待测样品溶液和传感LSPR传感单元后到达分光单元，仅需经过分光单元分光处理即可形成衍射图像，不需要使用昂贵且复杂的高分辨率光谱仪，即可检测分子在溶液中的变化及其在传感单元界面的吸附变化过程。

本发明的另一目的是提供一种基于单色相机分子检测装置。

本发明的又一目的是提供一种衍射成像分子检测装置在检测溶液折射率中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种衍射成像分子检测装置，包括光源单元1、LSPR传感单元2、分光单元3和显示单元4；所述LSPR传感单元2设于光源单元1和分光单元3之间，且三者水平分布在同一光路上；所述分光单元3为曲面全息光栅；所述光源单元1为检测装置提供光信号，光穿透LSPR传感单元2上的待测溶液后，再穿过LSPR传感单元2到达分光单元3，分光单元3将光信号分光后投射于显示单元4形成衍射图像。

本发明的衍射成像分子检测装置将LSPR传感单元(等离子体超表面)和分光单元(曲面全息光栅)相结合，在检测光依次经过待测样品溶液和传感LSPR传感单元后，到达分光单元，在经过分光单元分光处理投射于显示单元(光屏)形成衍射图像，对衍射图像中像素位置和强度(亮度)的最大值的变化进行分析后可得到待测样品溶液折射率的变化，进而获得待测样品分子在LSPR传感单元界面吸附变化的过程。

一种曲面全息光栅的制备方法，包括以下步骤：

S1.以氧化铟锡导电玻璃为载体，先通过纳米压印，再电镀形成铜纳米光栅；

S2.将聚乙烯醇水溶液均匀涂覆于S1中的铜纳米光栅上，再进行干燥处理形成铜纳米光栅/聚乙烯醇复合膜；

S3.将S2中的铜纳米光栅/聚乙烯醇复合膜固定于球面透镜的凸侧面并加热处理；

S4.去除铜纳米光栅/聚乙烯醇复合膜中的聚乙烯醇，即可获得曲面全息光栅。