基于智能手機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的光纖表面等離子體共振圖像傳感器的制造方法
【專利說明】基于智能手機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的光纖表面等離子體共振圖像傳感
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于一種生化傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及到表面等離子體共振(SPR)的原理。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)傳感器是一種新型的光電檢測(cè)技術(shù)，它的關(guān)鍵探測(cè)部分是一個(gè)基于表面等離子體共振效應(yīng)的敏感區(qū)域，當(dāng)入射光在滿足一定條件時(shí)，引起金屬自由電子的共振，從而使特定波長的反射光明顯減弱來實(shí)現(xiàn)傳感效應(yīng)。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有設(shè)備簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、生物、環(huán)境、食品檢測(cè)、制藥等許多重要領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用并逐漸走向成熟，具有良好的發(fā)展前景。
[0003]目前，棱鏡式SPR傳感器在國外已經(jīng)有了商品化的成品儀器，并且也可以實(shí)現(xiàn)多通道在線檢測(cè)，但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、不適宜便攜式測(cè)量等，應(yīng)用推廣受到很大的限制。光纖因其本身的小尺寸、高靈活性以及成本低等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為便攜式傳感器的一種發(fā)展方向。光纖SPR傳感器與棱鏡SPR傳感器相比，具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)范圍大，防電磁干擾，超高絕緣，無源性，適于實(shí)時(shí)檢測(cè)，體積小，靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]但是，目前的光纖SPR傳感器需要在實(shí)驗(yàn)室中使用，無論波長SPR、偏振SPR、角度SPR還是圖像SPR需要光源、解調(diào)儀、CCD等實(shí)驗(yàn)器材，成本較高，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求比較尚O
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式光纖SPR圖像傳感器，使用光纖SPR元件替代棱鏡元件，大幅度簡化了光路與控制系統(tǒng)，使用智能手機(jī)的LED閃光燈和攝像頭作為光源和探測(cè)器，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可以用于進(jìn)行生化樣品的快速檢測(cè)。該傳感器不需要大型的實(shí)驗(yàn)儀器，便于攜帶。不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生損傷，對(duì)工作環(huán)境的要求低。該傳感器不僅能實(shí)現(xiàn)生化檢測(cè)，而且增加了參考通道，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種基于智能手機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的光纖表面等離子體共振圖像傳感器，該光纖表面等離子體共振圖像傳感器包括兩條通道:測(cè)試通道和參考通道；測(cè)試通道:手機(jī)上的LED閃光燈通過光纖和光纖傳感元件，最終光纖連接攝像頭；參考通道是由LED閃光燈與攝像頭直接連接的光纖構(gòu)成；光纖傳感元件通過光纖與LED閃光燈和攝像頭形成閉合回路，光從LED閃光燈發(fā)出，依次通過光纖和光纖傳感元件，再從光纖傳感元件另一端射出被攝像頭捕捉并生成圖像，進(jìn)入攝像頭端的光纖作為測(cè)量通道的信號(hào)，通過手機(jī)計(jì)算圖像的光強(qiáng)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)樣品的探測(cè)；
[0007]LED閃光燈外依次設(shè)有透鏡和濾波片；
[0008]所述的光纖傳感元件即被流通池包裹的光纖區(qū)域，光纖傳感元件采用光纖導(dǎo)光毛細(xì)管，將被流通池包裹部分去除5-10mm包層后，鍍45_55nm厚度的金膜制成；
[0009]所述的光纖傳感元件由流通池包裹，流通池上開有流通池入口和流通池出口，待測(cè)樣品由流通池入口流入，流經(jīng)光纖傳感元件表面后，再由流通池出口流出。
[0010]本實(shí)用新型的效果和益處是在可以在隨時(shí)隨地進(jìn)行SPR生化檢測(cè)，簡單快捷，而且成本低廉。
【附圖說明】
[0011]附圖1是基于智能手機(jī)檢測(cè)平臺(tái)的光纖SPR圖像傳感器系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖中:1LED閃光燈；2透鏡；3濾波片；4光纖；5流通池入口 ；6流通池出口 ；7光纖傳感元件；8流通池；9參考通道；10測(cè)量通道；11攝像頭；12手機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0014]1.儀器
[0015](I) 一臺(tái)智能手機(jī)，如圖1。
[0016](2) 一個(gè)液體流通池，如圖1。
[0017](3)光纖，材質(zhì)為由長飛公司生產(chǎn)的塑料光纖HP0F，惠普400/430-37/730E。長度為15 cm，纖芯和包層的直徑分別為400 μ m和430 μ m數(shù)值孔徑為0.37，導(dǎo)光毛細(xì)管SPR傳感元件，材質(zhì)由美國莫仕公司生產(chǎn)的LTSP150/375，長度4cm，內(nèi)外經(jīng)分別為150 μm和375 μm，數(shù)值孔徑0.22。
[0018]2.設(shè)備工藝
[0019]對(duì)導(dǎo)光毛細(xì)管的端面利用研磨技術(shù)進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理，將兩個(gè)端面制作成平面。然后在中間部位去掉5mm的包層，使用鍍膜機(jī)鍍上50nm的金膜，在鍍膜的位置安裝上流通池。一根光纖兩端磨平，作為參考通道。兩根導(dǎo)入導(dǎo)出光纖，其中一端與LED對(duì)準(zhǔn)，另一端與攝像頭對(duì)準(zhǔn)，如圖1。
[0020]3.操作
[0021]測(cè)試裝置如圖1所示。待測(cè)樣品為刀豆球蛋白A。在實(shí)施過程中，來自LED的光通過光纖后進(jìn)入到攝像頭，在手機(jī)屏幕上會(huì)檢測(cè)到兩個(gè)圓形光斑。當(dāng)依次向流通池中通入折射率變大的液體時(shí)，會(huì)在光纖鍍金膜的區(qū)域發(fā)生SPR現(xiàn)象，隨著液體折射率的升高，會(huì)發(fā)現(xiàn)作為測(cè)量通道的光纖的另一端光強(qiáng)逐漸增強(qiáng)，而沒有鍍膜的光纖端面光強(qiáng)沒有顯著變化。通過程序?qū)獍哌M(jìn)行處理，會(huì)得到相對(duì)強(qiáng)度(測(cè)試通道與參考通道光斑光強(qiáng)的比值)與液體折射率的關(guān)系，從而完成折射率的測(cè)量。通過將攝像頭捕捉到的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。在灰度圖像里，每一個(gè)圖像的亮度用灰度值來表示，灰度值可以從0% (白色)變化到100% (黑色)。所以照片的強(qiáng)度可以用圖片上所有像素點(diǎn)的灰度值之和來衡量。該系統(tǒng)用于測(cè)試不同折射率的溶液，得到了良好的線性響應(yīng)曲線，而且由于參考通道的存在，即使在光源發(fā)生了較大波動(dòng)的情況下，仍然得到了較為理想的測(cè)試結(jié)果。此外作為測(cè)試通道的光纖可以進(jìn)行化學(xué)修飾使其擁有特異性識(shí)別功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于智能手機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的光纖表面等離子體共振圖像傳感器，其特征在于，該光纖表面等離子體共振圖像傳感器由測(cè)試通道和參考通道組成: 測(cè)試通道包括智能手機(jī)LED閃光燈、透鏡、濾波片、流通池、光纖傳感元件和攝像頭，流通池上開有流通池入口和流通池出口 ；從智能手機(jī)LED閃光燈發(fā)出通過透鏡、濾波片，由光纖送到流通池入口，經(jīng)光纖傳感元件后由流通池出口流出，從光纖傳感元件另一端射出被攝像頭捕捉并生成圖像，進(jìn)入攝像頭端的光纖作為測(cè)量通道的信號(hào)，通過手機(jī)計(jì)算圖像的光強(qiáng)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)樣品的探測(cè)； 參考通道包括智能手機(jī)LED閃光燈、透鏡、濾波片、光纖與攝像頭；從智能手機(jī)LED閃光燈發(fā)出通過透鏡、濾波片，進(jìn)入光纖后直接送到攝像頭； 所述的光纖傳感元件是被流通池包裹的光纖區(qū)域，其采用光纖導(dǎo)光毛細(xì)管，被流通池包裹部分去除5-10mm包層后，鍍45_55nm厚度的金膜。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于生化傳感領(lǐng)域，基于智能手機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的光纖表面等離子體共振圖像傳感器。利用表面等離子體共振的原理，在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間，通過連接一臺(tái)普通電腦，就可以進(jìn)行SPR的檢測(cè)。技術(shù)方案是：利用LED光源形成單色光，光通過包有流通池的光纖，流通池位置處的光纖經(jīng)過特殊處理可以產(chǎn)生SPR現(xiàn)象，流通池的作用是方便對(duì)生化液體的檢測(cè)，可以實(shí)時(shí)測(cè)量。經(jīng)過光纖的光被末端攝像頭接受，在手機(jī)屏幕上顯示出光斑。通過編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)光斑強(qiáng)度的測(cè)量。也就是說本系統(tǒng)可以將生化液體的信息轉(zhuǎn)化成光斑強(qiáng)度的信息，可以方便快捷的隨時(shí)隨地進(jìn)行SPR生化檢測(cè)。本實(shí)用新型是在可以在隨時(shí)隨地進(jìn)行SPR生化檢測(cè)，簡單快捷，而且成本低廉。
【IPC分類】G01N21/552
【公開號(hào)】CN204789331
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520544872
【發(fā)明人】彭偉, 劉云, 程昉, 方鵬
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日