CN105784645A - 一种光声联合实时检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光声联合实时检测装置，包括压电晶体、棱镜、光源、光电探测器及频率检测器，所述棱镜设置于所述压电晶体之上，所述光源设置在入射光光路上，其产生光束且其产生的光束通过所述棱镜、所述压电晶体后照射至设置于所述压电晶体表面的待测对象之上，所述光电探测器设置在反射光光路上，其用于接收经所述待测对象反射后的光束，所述频率检测器电连接所述压电晶体，其用于驱动所述压电晶体产生共振，且记录共振频率。本发明的光声联合实时检测装置适用于所有光学反射术和压电传感技术的联合检测，实现了样品的光学和声学信号的同时检测，避开了分开检测时因测试条件的不完全相同引入的误差，提高了检测的特异性和准确性。

Description

一种光声联合实时检测装置

技术领域

本发明属于光电检测领域，具体地讲，涉及一种光声联合实时检测装置。

背景技术

生物分子在体内的有序运动这一动态过程是细胞信号传导研究的关键，多种检测技术(例如，酶联免疫印记、荧光标记、放射性标记等)被应用于该过程的研究。然而，这些检测技术因标记物的使用或多或少会造成部分生物分子的失活。无标记实时检测技术，它使体外模拟并检测生物分子原始反应过程成为可能，其基于光学检测元件、压电晶体和电化学电极等换能器的检测技术，其中，例如表面等离子共振技术(SPR)、椭圆偏振光检测技术、石英晶体微天平技术(QCM)和电化学工作站等广为人知。

为了拓展各种检测技术的应用范围，众多联合检测技术也相继被提出，例如：椭偏-QCM联合检测技术、SPR-QCM联合检测技术和反射测量术-QCM联合检测技术。其中，椭偏-QCM联合检测技术和反射测量术-QCM联合检测技术主要是基于光的正入射方式检测，检测灵敏度较低。在溶液状态检测时，需要样品池盛装溶液，使得样品消耗量大。该技术要求检测样品溶液透明，检测结果易受溶液流动性干扰；SPR-QCM联合检测技术的关键是某一固定角度或波长的线偏振光以SPR角入射进入到敏感元件，引起表面等离子体共振，此时，反射光强度会出现一个凹陷，记录引起该凹陷的入射角或波长即可获得敏感元件表面的样品信息。然而，样品对入射光的调制包含相位和振幅的双重作用，SPR只探测了振幅这一个元素而忽略了相位中包含的样品信息，这使该联合检测装置不能普适于其他光学检测技术。所幸，全内反射椭偏术正是对这一漏洞的补充，其检测的ψ、Δ参数分别包含了光线的振幅信息和相位信息，这使得检测技术更加灵敏。但是，对光束相位信息的分析使光路变得复杂，同时，由于压电晶体的双折射效应，更增加了光路的复杂性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光声联合实时检测装置，包括压电晶体、棱镜、光源、光电探测器及频率检测器，所述棱镜设置于所述压电晶体之上，所述光源设置在入射光光路上，其产生光束且其产生的光束通过所述棱镜、所述压电晶体后照射至设置于所述压电晶体之下的待测对象之上，所述光电探测器设置在反射光光路上，其用于接收经所述待测对象反射后的光束，所述频率检测器电连接所述压电晶体，其用于驱动所述压电晶体产生共振，且记录共振频率。

进一步地，所述压电晶体的上表面和下表面上均设置有金属膜层。

进一步地，所述压电晶体的截面形状为圆形。

进一步地，所述压电晶体的截面形状为圆角矩形或直角矩形。

进一步地，所述压电晶体的上表面上设置有光轴标记。

进一步地，所述光轴标记为可见标记或可测标记。

本发明的光声联合实时检测装置，适用于所有光学反射术和压电传感技术的联合检测，能够实现光学和声学信号的同时检测，避开了分开检测时因测试条件的不完全相同引入的误差，提高了检测的特异性和准确性，并利用倏逝波相敏特性增加了光学检测灵敏度。此外，本发明对压电晶体的光学参数如光轴位置进行了测量和标记，规避了芯片的批间差异，使其适用于相位测量术和强度测量术，例如椭偏术和表面等离子共振技术(SPR)。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的光声联合实时检测装置的侧视图；

图2是根据本发明的实施例的压电晶体的结构示意图；

图3是根据本发明的另一实施例的压电晶体的结构示意图；

图4是根据本发明的又一实施例的压电晶体的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

图1是根据本发明的实施例的光声联合实时检测装置的侧视图。图2是根据本发明的实施例的压电晶体的结构示意图。

参照图1，根据本发明的实施例的光声联合实时检测装置包括：压电晶体10、棱镜20、光源30、光电探测器40及频率检测器50。

具体而言，棱镜20整体呈梯形台状，其底面放置于压电晶体10的上表面上。光源30设置在入射光路I上，其产生入射光束且其产生的入射光束沿着入射光路I通过棱镜20、压电晶体10之后照射至待测对象(例如，具有蛋白质溶液的膜片)60，其中，该待测对象60可通过吸附或者其他合适类型的方式贴合于压电晶体10的下表面上。该待测对象60对照射至其上的入射光束进行反射，从而产生反射光束。该反射光束通过压电晶体10、棱镜20后进入反射光路R中。光电探测器40设置在反射光路R上，其用于接收经待测对象60反射后的反射光束。频率检测器50电连接至压电晶体10，其用于驱动压电晶体10共振，且记录压电晶体10在共振时的共振频率。

此外，在本实施例中，在压电晶体10的上表面和下表面上均设置有金属膜层70。如此，当入射光束从压电晶体10(其为较高折射率的介质)进入金属膜层70(其为较低折射率的介质)时，如果入射角刚好在临界角(即发生全反射的临界角)附近时，金属膜层70与压电晶体10的下表面的界面处会产生振幅按指数衰减的倏逝波，该倏逝波垂直于界面向金属膜层70的方向传播，传播一定距离后反射回到压电晶体10，以形成反射光束。当该倏逝波在传播过程中遇到待测对象60时，便会受待测对象60调试，其振幅和相位发生相应改变，同时，固定波长的光束进入金属膜层70引起的表面等离子共振效应使反射光束的振幅发生较大衰减，这样大大增加了检测灵敏度。这样，通过捕获反射光束的信号，便可测出待测对象60的光学参数，如厚度和复折射率等，其中，对厚度的检测灵敏度可达0.1nm。

频率检测器50使用压电晶体10作为晶振子，其通过检测压电晶体10振动频率的改变，从而测出贴合于压电晶体10的下表面上的待测对象60的质量的变化。然而压电晶体10为各向异性介质，具有双折射现象，其e光的振动方向和传播方向受到光轴与入射角的巨大影响。当压电晶体10发生轻微的移动便会引起出射光性质的巨大改变，检测过程中难免造成***错误。为了避免这种***错误，在本实施例中，将压电晶体10加工成为圆形片状结构，即压电晶体10的截面形状为圆形。

作为本发明的其他实施方式，参照图3和图4，将压电晶体10加工成为圆角矩形片状结构或者直角矩形片状结构，即压电晶体10的截面形状为圆角矩形或直角矩形。

另外，为了确定压电晶体10的光轴，从而能够重复检测结果，在压电晶体10的上表面上设置有光轴标记80，其中，该光轴标记80为可见标记或可测标记。在本实施例中，所述可见标记指的是人眼能够直接观察到的标记；而所述可测标记指的是通过探测仪器等能够探测到的标记。

综上所述，根据本发明的实施例的光声联合实时检测装置，适用于所有光学反射术和压电传感技术的联合检测，能够实现光学和声学信号的同时检测，避开了分开检测时因测试条件的不完全相同引入的误差，提高了检测的特异性和准确性，并利用倏逝波相敏特性增加了光学检测灵敏度。此外，根据本发明的实施例的光声联合实时检测装置，对压电晶体的光学参数如光轴位置进行了测量和标记，规避了芯片的批间差异，使其适用于相位测量术和强度测量术，例如椭偏术和表面等离子共振技术(SPR)。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (6)

1.一种光声联合实时检测装置，其特征在于，包括压电晶体、棱镜、光源、光电探测器及频率检测器，

所述棱镜设置于所述压电晶体之上，

所述光源设置在入射光光路上，其产生光束且其产生的光束通过所述棱镜、所述压电晶体后照射至设置于所述压电晶体表面的待测对象之上，

所述光电探测器设置在反射光光路上，其用于接收经所述待测对象反射后的光束，

所述频率检测器电连接所述压电晶体，其用于驱动所述压电晶体产生共振，且记录共振频率。

2.根据权利要求1所述的光声联合实时检测装置，其特征在于，所述压电晶体的上表面和下表面上均设置有金属膜层。

3.根据权利要求1或2所述的光声联合实时检测装置，其特征在于，所述压电晶体的截面形状为圆形。

4.根据权利要求1或2所述的光声联合实时检测装置，其特征在于，所述压电晶体的截面形状为圆角矩形或直角矩形。

5.根据权利要求1所述的光声联合实时检测装置，其特征在于，所述压电晶体的上表面上设置有光轴标记。

6.根据权利要求5所述的光声联合实时检测装置，其特征在于，所述光轴标记为可见标记或可测标记。