CN215833253U - 一种基于光束偏转器的角度调制型spr传感器及spr检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器及SPR检测设备，包括发射端、调制模块、检测模块和接收端，发射端包括光源，发射端用于产生检测光，检测光为单色波长光，调制模块包括光束偏转器，检测模块包括转台，转台上设置有检测池，检测池上设置有金属层和棱镜，接收端包括接收器，检测光依次通过调制模块、检测模块进入接收端。转台能够通过转动大范围地调节检测光的入射角，光束偏转器能够在小范围内精确地调节入射角，从而使得基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器能够提高角度调制的精度和范围。

Description

一种基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器及SPR检测设备

技术领域

本实用新型涉及传感器研究领域，特别是一种基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器及SPR检测设备。

背景技术

表面等离子体共振(Surface Plasmons Resonance，SPR)是一种物理光学现象，是用于表征表面折射率系数改变的一种光学技术，利用SPR技术可以实时观测分子之间的相互作用、薄膜形成等表面现象。表面等离子体(SP)指的是沿着金属和电介质间表面传播的电磁波。当两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜时，由全反射产生的倏逝波的P偏振分量进入金属薄膜，与金属薄膜中自由电子相互作用从而产生表面等离子体，在入射角或波长为某一适当值的情况下，表面等离子体与倏逝波发生共振，光能被吸收，使得反射光能量急剧下降。

SPR检测技术作为一种高精度、免标记、可实时响应的检测手段，已经被广泛应用于生命科学、生物学、药物学、分析化学等研究领域。由于SPR检测技术具有能够实时检测生物分子间相互作用、方便快捷、分辨率高于传统方法、无需标记样品、样品需要量少等特点，SPR检测技术广泛应用于蛋白质组学、细胞信号传导、受体/配体、抗体/抗原分子垂钓、免疫识别、癌症研究和新药筛选等生命科学领域，用于实时动态监测蛋白质/蛋白质、蛋白质/核酸、新药分子/靶蛋白等生物分子的相互作用过程。

从传感器结构上讲SPR传感器有三种耦合方式，分别是棱镜耦合、光纤耦合和光栅耦合，其中基于棱镜耦合方式的Kretschmann传感器结构由于具有制作简单、使用方便、传感芯片容易制备等优点，因此被广泛采用，从检测方式上讲SPR传感器有四种调制类型，分别是角度调制、波长调制、相位调制和强度调制，其中角度调制的检测方式由于具有光学结构简单、易于实现、检测灵敏度高等优点，被广泛采用。角度调制的原理是通过改变入射光与法线之间的角度并测量不同角度下对应的光强，可以得到一条角度扫描曲线，角度扫描曲线中光强最低点对应的角度称为SPR共振角，这个SPR共振角的大小与被测样品表面折射率系数的变化成正比。

现有技术的角度调制型SPR传感器一般采用机械扫描方式、振镜扫描方式和光束汇聚方式三种方式实现角度调制。现有的角度调制方式存在调制精度较差、调制范围较小的缺点。

发明内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器及SPR检测设备，基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器能够提高角度调制的精度和范围。

根据本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，包括发射端、调制模块、检测模块和接收端，所述发射端包括光源，所述发射端用于产生检测光，检测光为单色波长光，所述调制模块包括光束偏转器，所述检测模块包括转台，所述转台上设置有检测池，所述检测池上设置有金属层和棱镜，所述接收端包括接收器，检测光依次通过所述调制模块和所述检测模块进入所述接收端。

根据本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，至少具有如下技术效果：转台能够通过转动大范围地调节检测光的入射角，光束偏转器能够在小范围内精确地调节入射角，从而使得基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器能够提高角度调制的精度和范围。

根据本实用新型的一些实施例，所述光束偏转器采用声光偏转器。

根据本实用新型的一些实施例，所述调制模块包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述光束偏转器和所述检测模块的光路之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述调制模块包括偏振片。

根据本实用新型的一些实施例，所述偏振片设置在所述聚焦透镜和所述光束偏转器的光路之间，所述偏振片和所述光束偏转器的光路之间设置有准直透镜。

根据本实用新型的一些实施例，所述接收端包括汇聚透镜，所述汇聚透镜设置在所述检测模块和所述接收器的光路之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述接收器采用单点检测器。

根据本实用新型的一些实施例，所述棱镜采用半圆柱棱镜。

根据本实用新型的一些实施例，检测模块包括密封圈，所述密封圈设置在所述检测池和所述金属层之间。

根据本实用新型提供的SPR检测设备，包括本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器。

根据本实用新型提供的SPR检测设备，至少具有如下技术效果：通过使用本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，能够提高SPR检测的范围的精度，提高SPR检测设备的使用效果。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器的示意图。

附图标记：

光源11、光束偏转器21、准直透镜22、偏振片23、聚焦透镜24、转台31、检测池32、金属层33、棱镜34、接收器41、汇聚透镜42。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

根据本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，包括发射端、调制模块、检测模块和接收端，发射端包括光源11，发射端用于产生检测光，检测光为单色波长光，调制模块包括光束偏转器21，检测模块包括转台31，转台31上设置有检测池32，检测池32上设置有金属层33和棱镜34，接收端包括接收器，检测光依次通过调制模块和检测模块进入接收端。

使用时，首先转动转台31粗调检测光射入检测池32的入射角，随后光束偏转器21控制检测光在一定的角度范围内扫描，从而获得该角度范围内的角度扫描曲线，重复以上操作从而获得大范围内精确的角度扫描曲线。

根据本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，转台31能够通过转动大范围地粗调检测光的入射角，光束偏转器21能够在小范围内精确地调节入射角，从而使得基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器能够提高角度调制的精度和范围。

可以理解的是，光束偏转器21是一类能够调节光束偏转角度的仪器的统称，在一些实施例中，光束偏转器21采用声光偏转器。声光偏转器(Acousto Optic Deflector，AODF)是根据声光偏转原理制成的器件，可以在一定角度范围内扫描光束或者精确控制输出光角度，通过改变声光偏转器的射频驱动频率，就可以改变声光偏转器出射光的偏转角度。

声光偏转器在对激光光束偏转时在器件偏转角度范围之内可以实现连续扫描，随机位置扫描等任意扫描方式。根据激光器本身参数以及对应的声光偏转器，可实现超过250kHz的扫描频率，并且在所有扫描位置衍射激光功率均匀。声光偏转器具有超高的扫描速度、宽光谱范围、高扫描分辨率、高光通量等优点。但声光偏转器通常扫描角度有限。声光偏转器配合转台31能够实现大角度范围内的高精度扫描。

光束偏转器21还可以采用电光偏转器、磁光偏转器等，电光偏转器通过电光效应偏转检测光，磁光偏转器通过磁光效应偏转检测光。

根据本实用新型的一些实施例，调制模块包括聚焦透镜24，聚焦透镜24设置在光束偏转器21和检测模块的光路之间。聚焦透镜24用于使检测光聚焦射入棱镜34。

根据本实用新型的一些实施例，调制模块包括偏振片23。偏振片23用于偏振检测光，在一些实施例中，偏振片23设置在聚焦透镜24和光束偏转器21的光路之间，偏振片23和光束偏转器21的光路之间设置有准直透镜22。准直透镜22能够使来自光束偏转器21的检测光变为准直光，由于某些规格的偏振片23的入射角度范围较窄，设置准直透镜22能够增大偏振片23的选用范围。

可以理解的是，偏振片23也可以设置在调制模块的其它位置，例如设置在光束偏转器21和光源11的光路之间。

根据本实用新型的一些实施例，接收端包括汇聚透镜42，汇聚透镜42设置在检测模块和接收器41的光路之间。在一些实施例中，接收器41采用单点检测器。汇聚透镜使以不同出射角射出棱镜34的检测光汇聚至一点，从而可以使用单点检测器，通过检测汇聚点的光强绘制出扫描曲线。单点检测器相比于面阵检测器和线阵检测器的成本较低，能够降低基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器的制造成本。

可以理解的是，单点检测器可以采用光电二极管或者其它具体结构。

检测模块采用Kretschmann传感器结构，样品放置在金属层33和检测池32之间，检测光通过棱镜34照射到金属层33上，通过改变入射光的入射角激发表面等离子共振现象。棱镜34可以采用半圆柱形棱镜或者等腰三角形棱镜，例如在一些实施例中，如图1所示，棱镜34采用半圆柱形棱镜，聚焦透镜24配合半圆柱形棱镜，能够使检测光垂直地入射和出射，避免检测光在棱镜34表面的折射。在一些实施例中，金属层33的厚度为50nm，金属层33和棱镜34之间通过匹配液耦合在一起，匹配液能够填补接触面的缝隙，提高基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器的精确度。由于金属层33的厚度较薄，金属层33可以附着在光学玻璃片的表面从而便于操作，光学玻璃片的折射率与棱镜34一致，光学玻璃片贴附在棱镜34上，光学玻璃片和棱镜34之间通过匹配液耦合在一起。在一些实施例中，检测模块包括密封圈，密封圈设置在检测池32和金属层33之间。金属层33和检测池32之间通过密封圈进行密封，能够起到保护样品的作用，避免样品泄漏。

根据本实用新型提供的SPR检测设备，包括本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器。

根据本实用新型提供的SPR检测设备，通过使用本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，能够提高SPR检测的范围的精度，提高SPR检测设备的使用效果。

下面参考图1以一个具体的实施例详细描述根据本实用新型提供的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对实用新型的具体限制。

基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器包括发射端、调制模块、检测模块和接收端。

发射端包括光源11，光源11为激光器，激光器产生单色波长光。

调制模块包括顺序设置的光束偏转器21、准直透镜22、偏振片23、聚焦透镜24。光束偏转器21采用声光偏转器。

检测模块包括转台31，转台31上设置有检测池32，检测池32上设置有金属层33和棱镜34。转台31为机械转台，转台31连接有驱动电机，驱动电机能够带动转台31转动。金属层33贴合在检测池32上，金属层33和检测池32之间通过密封圈进行密封。金属层33的厚度为50nm，金属层33的另一面附着在光学玻璃片上，光学玻璃片的折射率与棱镜34一致，光学玻璃片贴附在棱镜34上，光学玻璃片和棱镜34之间通过匹配液耦合在一起。棱镜34采用半圆柱形棱镜。

接收端包括接收器41，接收器41采用光电二极管，光电二极管与检测模块之间设置有两个汇聚透镜42。

光源11产生的检测光依次经过光束偏转器21、准直透镜22、偏振片23、聚焦透镜24射入棱镜34，检测光照射金属层33产生SPR反应，检测光射出棱镜34并经过汇聚透镜42进入光电二极管。使用时，控制转台31粗调检测光射入检测池32的入射角，随后声光偏转器控制检测光在一定的角度范围内扫描，从而获得该角度范围内的角度扫描曲线，重复以上操作从而获得大范围内精确的角度扫描曲线。

根据本实用新型实施例的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，通过采用以上的设计，至少可以实现这样一些功能：转台31能够通过转动大范围地调节检测光的入射角，光束偏转器21能够在小范围内精确地调节入射角，从而使得基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器能够提高角度调制的精度和范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于，包括：

发射端，所述发射端包括光源(11)，所述发射端用于产生检测光，检测光为单色波长光；

调制模块，所述调制模块包括光束偏转器(21)；

检测模块，所述检测模块包括转台(31)，所述转台(31)上设置有检测池(32)，所述检测池(32)上设置有金属层(33)和棱镜(34)；

接收端，所述接收端包括接收器(41)，检测光依次通过所述调制模块和所述检测模块进入所述接收端。

2.根据权利要求1所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述光束偏转器(21)采用声光偏转器。

3.根据权利要求1或2所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述调制模块包括聚焦透镜(24)，所述聚焦透镜(24)设置在所述光束偏转器(21)和所述检测模块的光路之间。

4.根据权利要求3所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述调制模块包括偏振片(23)。

5.根据权利要求4所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述偏振片(23)设置在所述聚焦透镜(24)和所述光束偏转器(21)的光路之间，所述偏振片(23)和所述光束偏转器(21)的光路之间设置有准直透镜(22)。

6.根据权利要求1或2所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述接收端包括汇聚透镜(42)，所述汇聚透镜(42)设置在所述检测模块和所述接收器(41)的光路之间。

7.根据权利要求6所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述接收器(41)采用单点检测器。

8.根据权利要求1或2所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：所述棱镜(34)采用半圆柱棱镜。

9.根据权利要求1所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器，其特征在于：检测模块包括密封圈，所述密封圈设置在所述检测池(32)和所述金属层(33)之间。

10.一种SPR检测设备，其特征在于：SPR检测设备包括如权利要求1至9任一项所述的基于光束偏转器的角度调制型SPR传感器。

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