CN107655861A - 表面等离子体子谐振检测仪 - Google Patents

表面等离子体子谐振检测仪 Download PDF

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梅丹阳
张海青
王金海
李洪增
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Abstract

本发明提供了表面等离子体子谐振检测仪，包括：光线整形组件，光线整形组件包括光源和透镜组件，光源的光束通过透镜组件成准直光束射出；角度扫描组件，角度扫描组件的反射面角度可变化以将准直光束以不同角度反射出；芯片组件，芯片组件包括棱镜和与设置在棱镜上的芯片，准直光束从角度扫描组件射出，通过棱镜的第一面照射在芯片上，再通过棱镜的第二面射出；成像组件，准直光束从第二面射出后进入至成像组件。本发明的技术方案有效地解决了表面等离子共振检测仪现有技术中的表面等离子共振检测仪由于多个机械传动过程中机械震动带来检测结果不稳定的问题。

Description

表面等离子体子谐振检测仪
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体而言，涉及一种表面等离子体子谐振检测仪。
背景技术
表面等离子共振检测技术(Surface Plasmon Resonance，SPR)是一种基于SPR原理的新型生物传感分析技术。此技术通过在传感器表面发生的分子复合物的结合与解离曲线，实时监测分子结合过程中每一步变化的情况。现有技术中，为了使多角度光入射芯片表面，光学组件安装于多个相互配合的机械传动原件上，多个机械运动的结构震动会带来光学检测的不稳定，进而不能够准确的检测不用角度的分子间相互作用的情况。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种表面等离子体子谐振检测仪，以解决现有技术中的表面等离子共振检测仪多个机械传动过程中由于机械震动带来的检测结果不稳定的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种表面等离子体子谐振检测仪，包括：光线整形组件，光线整形组件包括光源和透镜组件，光源通过透镜组件成准直光束射出；角度扫描组件，角度扫描组件的反射面角度可变化以将准直光束以不同角度反射出；芯片组件，芯片组件包括棱镜和与设置在棱镜上的芯片，准直光束从角度扫描组件射出，通过棱镜的第一面照射在芯片上，再通过棱镜的第二面射出；成像组件，准直光束从棱镜的第二面射出后进入至成像组件。
进一步地，透镜组件包括光束整理透镜组、带有针孔的挡板和第一正透镜，光束整理透镜组设置在挡板和光源之间，挡板位于第一正透镜和光束整理透镜组之间。
进一步地，光源的中心、光束整理透镜组、挡板的针孔和第一正透镜在同一中心轴上。
进一步地，光束整理透镜组包括第二正透镜和第三正透镜，第二正透镜设置在光源和第三正透镜之间，光源的中心、第二正透镜和第三正透镜在同一中心轴上，且光源和挡板的针孔相对于光束整理透镜组为物像关系。
进一步地，光束整理透镜组包括均光透镜，挡板贴合在均光透镜上以使光通过针孔。
进一步地，角度扫描组件包括多面柱体，多面柱体的横截面为多边形，多面柱体的各侧面是沿多面柱体的中心轴的方向延伸的反射镜，多面柱体绕其中心轴转动。
进一步地，多面柱体的横截面为正多边形。
进一步地，角度扫描组件还包括第一柱面透镜和第二柱面透镜，第一柱面透镜设置在多面柱体和第二柱面透镜之间，准直光束穿过第一柱面透镜呈汇聚光束而后呈发散光束，发散光束穿过第二柱面透镜呈准直光束，多面柱体的反射镜位于第一柱面透镜的前焦面上，芯片位于第二柱面透镜的后焦面上。
进一步地，棱镜为梯形棱镜或者三角形棱镜，芯片设置在梯形棱镜或者三角形棱镜的底面，准直光束从梯形棱镜或者三角形棱镜的第一侧面进入，准直光束从梯形棱镜或者三角形棱镜的相对的第一侧面的第二侧面射出并进入至成像组件。
进一步地，芯片表面上具有镀金属膜，芯片与棱镜为一体结构，或者芯片粘接或耦合在棱镜上。
应用本发明的技术方案，光源发出的光束通过透镜组件后呈准直光束射出，然后进入角度扫描组件，角度扫描组件将准直光束以不同角度反射出，反射出的光束进入至棱镜并照射在芯片上，从芯片上反射出的光束进入至成像组件，角度扫描组件的反射面角度的变化可以检测同一位点的不同角度的情况。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中的表面等离子共振检测仪由于多个机械传动过程中机械震动带来的检测结果不稳定的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的表面等离子体子谐振检测仪的实施例一的光学流程示意图；
图2示出了图1的光线整形组件的结构示意图；
图3示出了图1的角度扫描组件的第一种状态的示意图；
图4示出了图1的角度扫描组件的第二种状态的示意图；
图5示出了图1的角度扫描组件的第三种状态的示意图；
图6示出了图1的光束通过后的第二柱面透镜的准直光束的平面示意图；
图7示出了图1的准直光束在棱镜上的投影的示意图；
图8示出了图1的表面等离子体子谐振检测仪的芯片组件示意图；以及
图9示出了本发明的表面等离子体子谐振检测仪的实施例二的光线整形组件的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、光线整形组件；11、光源；12、透镜组件；121、光束整理透镜组；122、挡板；123、第一正透镜；20、角度扫描组件；21、多面柱体；22、第一柱面透镜；23、第二柱面透镜；30、芯片组件；31、棱镜；32、芯片；40、成像组件；100、准直光束；200、椭圆形光斑。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图8所示，实施例一的一种表面等离子体子谐振检测仪包括：光线整形组件10、角度扫描组件20、芯片组件30和成像组件40。光线整形组件10包括光源11和透镜组件12，光源11通过透镜组件12成准直光束射出。角度扫描组件20的反射面角度可变化以将准直光束以不同角度反射出。芯片组件30包括棱镜31和与设置在棱镜31上的芯片32，准直光束从角度扫描组件20射出，通过棱镜31的第一面照射在芯片32上，再通过棱镜31的第二面射出。准直光束从棱镜31的第二面射出后进入至成像组件40。
应用实施例一的技术方案，光源11发出的光束通过透镜组件12后呈准直光束射出，然后进入角度扫描组件20，角度扫描组件20将准直光束以不同角度反射出，反射出的光束进入至棱镜31并照射在芯片32上，从芯片32上反射出的光束进入至成像组件40，角度扫描组件20的反射面角度的变化可以检测同一位点的不同角度的情况。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中的表面等离子共振检测仪由于多个机械传动过程中机械震动带来的检测结果不稳定的问题。在本实施例的技术方案中，光线整形组件10、芯片组件30和成像组件40固定安装，这样大大地减少了机械震动带来的检测不稳定的问题。
如图1和图2所示，在实施例一的技术方案中，透镜组件12包括光束整理透镜组121、带有针孔的挡板122和第一正透镜123，光束整理透镜组121设置在挡板122和光源11之间，挡板122位于第一正透镜123和光束整理透镜组121之间。透镜组件12将光源11发射的光束进行汇聚，然后再通过挡板122的针孔进入至第一正透镜123，第一正透镜123将光束汇聚成准直光束射出。在本实施例的技术方案中，光束整理透镜组121可以为一个凸透镜或者多个凸透镜的组合。第一正透镜123为一个凸透镜也可以为多个凸透镜的组合。
如图2所示，在实施例一的技术方案中，光源11的中心、光束整理透镜组121、挡板122的针孔和第一正透镜123在同一中心轴上。上述结构的设置结构比较简单，不需要再进行光线的调整，直接沿着中心轴即可。
如图2所示，在实施例一的技术方案中，光束整理透镜组121包括第二正透镜和第三正透镜，第二正透镜设置在光源11和第三正透镜之间，光源11的中心、第二正透镜和第三正透镜在同一中心轴上，且光源11和挡板122的针孔相对于光束整理透镜组121为物像关系。第二正透镜将光源11发出的光线首先汇聚为准直光束，然后准直光束再经过第三正透镜后进行汇聚，汇聚后的光束再通过针孔进入至第一正透镜123。上述结构能量损失小。
如图3至图7所示，在实施例一的技术方案中，角度扫描组件20包括多面柱体21，多面柱体21的横截面为多边形，多面柱体21的各侧面是沿多面柱体21的中心轴的方向延伸的反射镜，多面柱体21绕其中心轴转动。多面柱体21绕其中心轴转动的结构设置成本较低，操作比较容易。具体地，多面柱体21的横截面为正多边形。多面柱体21的每个侧面为反射面，正多边形的中心轴线为转轴。进一步具体地，正多边形(此处说的正多边形都是指其截面积)为正六边形，正多边形每转一周就能够重复六次的光线的反射角度调制。在本实施例的技术方案中，还包括电机，电机带动正六边形的转轴。当然，作为本领域技术人员知道，电机还可以通过控制结构进行控制，以使电机的转速可以调节。
如图3至图6所示，在实施例一的技术方案中，角度扫描组件20还包括第一柱面透镜22和第二柱面透镜23，第一柱面透镜22设置在多面柱体21和第二柱面透镜23之间，准直光束穿过第一柱面透镜22呈汇聚光束而后呈发散光束，发散光束穿过第二柱面透镜23呈准直光束，多面柱体21的反射镜位于第一柱面透镜的前焦面上，芯片32位于第二柱面透镜的后焦面上。这样多面柱体21在旋转的时候，通过第一柱面透镜22和第二柱面透镜23的汇聚均能成为准直光束100。当光束的中心轴与多面柱体21的侧面的法线的夹角为α，光束的中心轴和棱镜31的底面的垂线的夹角为β，光束的中心轴和第一柱面透镜22的中心轴以及第二柱面透镜23的中心轴同轴。当光束的中心轴与多面柱体21的侧面的法线的夹角为α+Δα时，光束的中心轴和棱镜的底面的垂线的夹角为β+Δβ。当Δβ的角度最大是，光束的边缘位于第一柱面透镜22以及第二柱面透镜23的边缘。同理，当光束的中心轴与多面柱体21的侧面的法线的夹角为α-Δα时，光束的中心轴和棱镜的底面的垂线的夹角为β-Δβ。当Δβ的角度最大是，光束的边缘位于第一柱面透镜22以及第二柱面透镜23的另一边缘。值得一提的是，第一柱面透镜22和第二柱面透镜23位圆柱体沿着平行轴线的平面切割而成。
如图3至图8所示，在实施例一的技术方案中，棱镜31为梯形棱镜或者三角形棱镜，芯片32设置在梯形棱镜或者三角形棱镜的底面，准直光束从梯形棱镜或者三角形棱镜的第一侧面进入，准直光束从梯形棱镜或者三角形棱镜的相对的第一侧面的第二侧面射出并进入至成像组件40。上述结构设置比较容易，加工成本比较低。如图7圆形的光束投射在棱镜31上的时候为椭圆形光斑200。这样照射在棱镜31的底面上的椭圆形光斑200的面积比较大，能够将检测通量数提高到几十个甚至更多。具体地，芯片32的上表面尺寸约为20mm×30mm，进入棱镜31的入射光的直径为10mm(当然也可以为其它数值)，照射在棱镜31的底面呈10mm×28mm的椭圆。芯片32的表面至少可以排列100个位点，位点分布区域约为8mm×13mm，位点的大小为300μm，相邻位点的距离小于1mm。
如图8所示，在实施例一的技术方案中，芯片32表面上具有镀金属膜，芯片32与棱镜31为一体结构，或者芯片32粘接或耦合在棱镜31上。芯片32耦合在棱镜31的材料可以是硅胶垫或者香柏油等。
如图9所示，在实施例二的技术方案中，光束整理透镜组121包括均光透镜，挡板122贴合在均光透镜上以使光通过针孔。在本实施例的技术方案中均光透镜为毛玻璃板，上述结构设置容易，加工成本较低。
在本申请的技术方案中，表面等离子体子谐振检测仪还包括控制结构，控制结构包括相互点连接的温度检测器、加热结构、制冷结构和控制器，温度检测器设置在避光壳体内的温度检测器以检测避光壳体内的温度并将检测的温度反馈至控制器，以使控制器控制加热结构或者制冷结构的开闭。加热结构对表面等离子体子谐振检测仪进行加热，制冷结构对表面等离子体子谐振检测仪进行制冷。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，包括：
光线整形组件(10)，所述光线整形组件(10)包括光源(11)和透镜组件(12)，所述光源(11)的光束通过所述透镜组件(12)成准直光束射出；
角度扫描组件(20)，所述角度扫描组件(20)的反射面角度可变化以将所述准直光束以不同角度反射出；
芯片组件(30)，所述芯片组件(30)包括棱镜(31)和与设置在所述棱镜(31)上的芯片(32)，所述准直光束从所述角度扫描组件(20)射出，通过所述棱镜(31)的第一面照射在所述芯片(32)上，再通过所述棱镜(31)的第二面射出；
成像组件(40)，所述准直光束从所述棱镜(31)的第二面射出后进入至所述成像组件(40)。
2.根据权利要求1所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述透镜组件(12)包括光束整理透镜组(121)、带有针孔的挡板(122)和第一正透镜(123)，所述光束整理透镜组(121)设置在所述挡板(122)和所述光源(11)之间，所述挡板(122)位于所述第一正透镜(123)和所述光束整理透镜组(121)之间。
3.根据权利要求2所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述光源(11)的中心、所述光束整理透镜组(121)、所述挡板(122)的针孔和所述第一正透镜(123)在同一中心轴上。
4.根据权利要求3所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述光束整理透镜组(121)包括第二正透镜和第三正透镜，所述第二正透镜设置在所述光源(11)和所述第三正透镜之间，所述光源(11)的中心、所述第二正透镜和所述第三正透镜在同一中心轴上，且所述光源(11)和所述挡板(122)的针孔相对于所述光束整理透镜组(121)为物像关系。
5.根据权利要求3所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述光束整理透镜组(121)包括均光透镜，所述挡板(122)贴合在所述均光透镜上以使光通过所述针孔。
6.根据权利要求1所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述角度扫描组件(20)包括多面柱体(21)，所述多面柱体(21)的横截面为多边形，所述多面柱体(21)的各侧面是沿所述多面柱体(21)的中心轴的方向延伸的反射镜，所述多面柱体(21)绕其中心轴转动。
7.根据权利要求6所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述多面柱体(21)的横截面为正多边形。
8.根据权利要求6所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述角度扫描组件(20)还包括第一柱面透镜(22)和第二柱面透镜(23)，所述第一柱面透镜(22)设置在所述多面柱体(21)和所述第二柱面透镜(23)之间，所述准直光束穿过所述第一柱面透镜(22)呈汇聚光束而后呈发散光束，所述发散光束穿过所述第二柱面透镜(23)呈准直光束，所述多面柱体(21)的反射镜位于所述第一柱面透镜(22)的前焦面上，所述芯片(32)位于第二柱面透镜(23)的后焦面上。
9.根据权利要求1所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述棱镜(31)为梯形棱镜或者三角形棱镜，所述芯片(32)设置在所述梯形棱镜或者三角形棱镜的底面，所述准直光束从所述梯形棱镜或者三角形棱镜的第一侧面进入，所述准直光束从所述梯形棱镜或者三角形棱镜的相对的第一侧面的第二侧面射出并进入至所述成像组件(40)。
10.根据权利要求9所述的表面等离子体子谐振检测仪，其特征在于，所述芯片(32)表面上具有镀金属膜，所述芯片(32)与所述棱镜(31)为一体结构，或者所述芯片(32)粘接或耦合在所述棱镜(31)上。
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