專利名稱：表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面等離子體共振傳感生化分析掃描檢測(cè)技術(shù)。

背景技術(shù)：
自從上世紀(jì)80年代表面等離子體子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技術(shù)用于傳感器研究領(lǐng)域以來，逐漸成為國際傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。SPR傳感器具有免標(biāo)記、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和快速、靈敏、無損傷等特點(diǎn)，特別是在測(cè)定生物大分子相互反應(yīng)過程中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)和特性方面，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。從現(xiàn)有的研究狀況來看，SPR傳感技術(shù)具備了在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、藥物篩選以及環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的潛力。表面等離子體傳感方式有兩種一種是檢測(cè)共振波長，另一種是檢測(cè)共振角。檢測(cè)共振角方式相對(duì)檢測(cè)共振波長方式結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠，應(yīng)用較多。在國內(nèi)外，單通道、雙通道最多是四通道SPR生化分析儀已經(jīng)商品化并廣泛使用。但是，近年來，生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等領(lǐng)域，對(duì)高通量、多通道、多樣品點(diǎn)的生化分析顯得特別迫切需要。將單點(diǎn)檢測(cè)擴(kuò)展到單點(diǎn)二維掃描式檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)多樣品點(diǎn)或陣列式樣品檢測(cè)是一種很自然的想法，但由于一些技術(shù)上的難點(diǎn)如為了保證光束在樣品上的入射點(diǎn)在角度旋轉(zhuǎn)過程中不漂移，多采用柱面鏡耦合方式(圖2所示)，因?yàn)槔忡R耦合方式光束在樣品上的入射點(diǎn)在角度旋轉(zhuǎn)過程中很容易漂移(圖3所示)，影響檢測(cè)精度；而柱面鏡耦合方式要求入射點(diǎn)在半圓的圓心，角度旋轉(zhuǎn)中心也在圓心，而這種方式在二維掃描中無法保證。因此，將單點(diǎn)檢測(cè)擴(kuò)展到單點(diǎn)二維掃描式檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)多樣品點(diǎn)或陣列式樣品檢測(cè)的這種想法一直沒有實(shí)現(xiàn)。目前對(duì)高通道SPR生化分析儀的研究主要集中在成像型SPR結(jié)構(gòu)上(崔大付等，“高通量、多組份表面等離子體諧振生化分析系統(tǒng)研究”，自然科學(xué)進(jìn)展，2007，17(1)93-98)，但成像型SPR生化分析儀在檢測(cè)精度上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上單光束單點(diǎn)檢測(cè)SPR生化分析儀。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)高精度的二維掃描式單光束單點(diǎn)檢測(cè)表面等離子體共振生化分析，提供一種表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)方法。
本發(fā)明還提供上述表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)裝置。
一種表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將二維傳感芯片置于斜方棱鏡的前底面；斜方棱鏡中，入射側(cè)面與出射側(cè)面平行，前底面與后底面平行，前底面與入射側(cè)面成α角，α角為銳角；X、Y、Z為直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向；斜方棱鏡置于X方向平移臺(tái)上，X方向平移臺(tái)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)和Z方向平移臺(tái)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸為Z方向； (2)光源發(fā)出的光束垂直入射到入射側(cè)面進(jìn)入斜方棱鏡，依次經(jīng)過前底面和后底面的反射，然后經(jīng)出射側(cè)面射到探測(cè)器；光束在入射側(cè)面上的入射點(diǎn)為M點(diǎn)，在前底面上的入射點(diǎn)為O點(diǎn)，在后底面上的入射點(diǎn)為P點(diǎn)、在出射側(cè)面上的出射點(diǎn)為N點(diǎn)，MOPN構(gòu)成的平面垂直于Z方向；M點(diǎn)與O點(diǎn)的連線與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸垂直相交于W點(diǎn)；前底面與入射側(cè)面的交線與MOPN構(gòu)成的平面的交點(diǎn)為B”點(diǎn)；W點(diǎn)與B”的連線與X方向一致； 式中，MW為M點(diǎn)到W點(diǎn)的距離，MO為M點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，


n為斜方棱鏡的折射率，α為斜方棱鏡的前底面與入射側(cè)面的夾角，當(dāng)不知道待測(cè)樣品的共振角時(shí)，取當(dāng)知道待測(cè)樣品的共振角為φ0時(shí)，取φ＝φ0； (3)調(diào)節(jié)X方向平移臺(tái)和/或Z方向平移臺(tái)，使光束入射到二維傳感芯片的某一待測(cè)樣品點(diǎn)； (4)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，使該待測(cè)樣品點(diǎn)產(chǎn)生表面等離子體共振，完成單一待測(cè)樣品點(diǎn)的測(cè)定；然后旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)使光束垂直入射到入射側(cè)面； (5)調(diào)節(jié)X方向平移臺(tái)和/或Z方向平移臺(tái)，使光束入射到二維傳感芯片的其它待測(cè)樣品點(diǎn)； (6)重復(fù)步驟(4)和步驟(5)，完成二維傳感芯片的各待測(cè)樣品點(diǎn)的檢測(cè)。
一種表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)裝置，其特征在于包括光源、斜方棱鏡以及探測(cè)器；斜方棱鏡中，入射側(cè)面與出射側(cè)面平行，前底面與后底面平行，前底面與入射側(cè)面成α角，α角為銳角；X、Y、Z為直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向；斜方棱鏡置于X方向平移臺(tái)上，X方向平移臺(tái)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)和Z方向平移臺(tái)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸為Z方向；光源發(fā)出的光束經(jīng)過入射側(cè)面進(jìn)入斜方棱鏡，依次經(jīng)過前底面和后底面的反射，然后經(jīng)出射側(cè)面射到探測(cè)器。
旋轉(zhuǎn)臺(tái)與Z方向平移臺(tái)的上下位置可以互換，不影響檢測(cè)。即可以是X方向平移臺(tái)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)下面設(shè)有Z方向平移臺(tái)；也可以是X方向平移臺(tái)下面設(shè)有Z方向平移臺(tái)，Z方向平移臺(tái)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)。
進(jìn)一步的，X方向平移臺(tái)的平移、Z方向平移臺(tái)的平移以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)均由步進(jìn)電機(jī)來控制。
對(duì)于檢測(cè)共振角傳感方式的表面等離子體傳感器一般采用半圓柱面鏡和棱鏡耦合方式，由于在二維掃描過程中，半圓柱面鏡耦合方式無法保證角度掃描中心在半圓柱面的圓心(圖2所示)，因此該二維掃描檢測(cè)方法采用棱鏡耦合方式。又由于一般的棱鏡耦合方式，在角度掃描過程中，光束在樣品上的入射點(diǎn)漂移較大(圖3所示)，使得檢測(cè)樣品點(diǎn)必須足夠大以保證入射點(diǎn)在角度掃描過程中不會(huì)漂移出樣品點(diǎn)，這使得二維傳感芯片上的樣品點(diǎn)密度受到很大限制。為了解決棱鏡耦合方式入射點(diǎn)漂移較大問題，經(jīng)過仔細(xì)分析、計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在棱鏡中存在一最佳旋轉(zhuǎn)軸位置，當(dāng)棱鏡以該位置旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)掃描時(shí)，光束在樣品上的入射點(diǎn)漂移較小，并且該旋轉(zhuǎn)軸沿著某一特殊路徑進(jìn)行平移時(shí)，光束在樣品上的入射點(diǎn)漂移小的特性不會(huì)改變。
本發(fā)明的掃描方法的原理詳述如下 如圖1所示，將二維傳感芯片4置于斜方棱鏡3的前底面(BCC’B’面)；斜方棱鏡3中，入射側(cè)面(ABB’A’面)與出射側(cè)面(CDD’C’面)平行；前底面(BCC’B’面)與后底面(ADD’A’面)平行；上截面(ABCD面)和下截面(A’B’C’D’面)平行；前底面(BCC’B’面)與入射側(cè)面(ABB’A’面)成銳角(α角)；上截面(ABCD面)分別與入射側(cè)面(ABB’A’面)、前底面(BCC’B’面)垂直。
斜方棱鏡3置于一X方向平移臺(tái)6上，并使斜方棱鏡3的下截面和X方向平移臺(tái)6的臺(tái)面接觸；X方向平移臺(tái)6又置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)7上，且旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸LL’垂直穿過斜方棱鏡3的上截面和下截面，X方向平移臺(tái)6的平移方向和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸LL’垂直；旋轉(zhuǎn)臺(tái)7置于Z方向平移臺(tái)8上，Z方向平移臺(tái)8的平移方向和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸LL’方向一致。其中X、Y、Z為直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向。
光源1發(fā)出的光束2經(jīng)過入射側(cè)面進(jìn)入斜方棱鏡3，依次經(jīng)過前底面和后底面的反射，然后經(jīng)出射側(cè)面射到探測(cè)器5。光束2在入射側(cè)面上的入射點(diǎn)M點(diǎn)、在前底面上的入射點(diǎn)O點(diǎn)、在后底面上的入射點(diǎn)P點(diǎn)、在出射側(cè)面上的出射點(diǎn)N點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)與斜方棱鏡3上截面平行的光束截面(A”B”C”D”面)。
光源1發(fā)出的光束和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸LL’垂直相交于W點(diǎn)；在作二維掃描檢測(cè)過程中，光源1和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸LL’之間的相對(duì)空間位置始終不變。
當(dāng)光源1發(fā)出的光束從入射側(cè)面垂直進(jìn)入斜方棱鏡3后，此時(shí)，光束在入射側(cè)面的入射點(diǎn)M點(diǎn)分別到光束與轉(zhuǎn)軸LL’的交點(diǎn)W點(diǎn)和光束在前底面的入射點(diǎn)O點(diǎn)之間的距離之比

為其中


n為斜方棱鏡3的折射率，α為斜方棱鏡3的前底面與入射側(cè)面的夾角，φ為產(chǎn)生表面等離子體共振效應(yīng)時(shí)的共振角，當(dāng)不知道待檢測(cè)樣品的折射率的情況下設(shè)當(dāng)知道待檢測(cè)樣品的折射率的大約值時(shí)，則根據(jù)估算出的共振角大約值φ0設(shè)φ＝φ0。
當(dāng)光源1發(fā)出的光束從入射側(cè)面垂直進(jìn)入斜方棱鏡3后，此時(shí)，B”點(diǎn)與W點(diǎn)之間的連線(B”W)方向，和X方向平移臺(tái)6的平移方向一致。
Z方向平移臺(tái)8帶動(dòng)斜方棱鏡3平移實(shí)現(xiàn)Z方向的掃描檢測(cè)。
X方向平移臺(tái)6帶動(dòng)斜方棱鏡3平移實(shí)現(xiàn)X方向的掃描檢測(cè)。
斜方棱鏡3隨旋轉(zhuǎn)臺(tái)7在檢測(cè)需要的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光束在前底面上的入射點(diǎn)(O點(diǎn))不會(huì)偏離出待測(cè)樣品點(diǎn)。
最佳旋轉(zhuǎn)軸位置的確定 由于斜方棱鏡可由兩個(gè)一樣的三角棱鏡組合而成，不失一般性，我們可以用等腰三角棱鏡為例來說明。
旋轉(zhuǎn)軸垂直穿過棱鏡的截面。
首先針對(duì)不同的等腰三角棱鏡和旋轉(zhuǎn)軸不同的位置，計(jì)算在棱鏡旋轉(zhuǎn)過程中光束在棱鏡底面上的入射點(diǎn)的漂移量。如圖4所示，設(shè)ABC為等腰棱鏡的截面，其中AB＝AC，θ為棱鏡旋轉(zhuǎn)的角度，a為等腰棱鏡腰長，n為棱鏡折射率，初始入射光束I垂直于等腰棱鏡的腰，入射到底邊BC的中心O處，此時(shí)，入射光與AB上的法線重合，入射角為0度。當(dāng)棱鏡以通過W點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)θ角度后，入射光束形成與棱鏡腰AB上的法線成θ角度，入射角為θ角度，用入射光束II表示。

為光束對(duì)棱鏡底邊的入射角，O’點(diǎn)為棱鏡旋轉(zhuǎn)θ角度后光束在棱鏡底邊上的入射點(diǎn)，OO’為棱鏡旋轉(zhuǎn)后入射點(diǎn)的漂移量。
為了尋找適合二維掃描檢測(cè)的棱鏡旋轉(zhuǎn)軸位置，通過仔細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn)，如果將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在初始入射光束I所在的直線上，通過巧妙設(shè)置掃描路徑，可以保證在二維掃描檢測(cè)過程中旋轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化。如果將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在其它位置，在二維掃描過程中旋轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)將發(fā)生變化，因此不適合用于二維掃描檢測(cè)過程。因此將旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在初始入射光束I所在的直線上，并在初始入射光束I所在的直線上尋找最佳的旋轉(zhuǎn)軸位置。我們可以通過保持棱鏡底邊樣品面上的入射點(diǎn)不動(dòng)(即OO’＝0)情況下，計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的位置，來確定最佳旋轉(zhuǎn)軸位置。
對(duì)于頂角角度不同的等腰棱鏡，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在初始入射光束I所在的直線上時(shí)，如果棱鏡順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ角度，光束入射到底邊樣品面上的入射點(diǎn)不動(dòng)，即OO’＝0，有
其中
又因?yàn)镸O＝a·cosα·sinα，有
其中
由于產(chǎn)生表面等離子體共振效應(yīng)時(shí)的共振角大于光束在棱鏡底面的全反射角，全反射角為

即共振角φ的范圍為因此在做角度掃描探測(cè)共振角時(shí)，如果在不知道待檢測(cè)樣品的折射率的情況下，棱鏡的旋轉(zhuǎn)范圍大約為當(dāng)θ＞0時(shí)表示棱鏡順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，θ＜0時(shí)表示棱鏡順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。又由于θ＝0時(shí)一定有OO’＝0，因此我們?cè)诠?1)和(2)中，選擇即

其中
這樣旋轉(zhuǎn)軸的位置由公式(3)和(4)確定時(shí)，當(dāng)時(shí)，也能保證OO’＝0，而在范圍內(nèi)的OO’也具有較小的值。此時(shí)我們認(rèn)為由公式(4)確定的旋轉(zhuǎn)軸的位置為最佳位置。
如果預(yù)先知道待檢測(cè)樣品的折射率大約的值，則可以估算出共振角的大約值φ0，那么這時(shí)在公式(1)和(2)中，可以選擇θ＝φ0-α，即

其中
這樣在θ＝φ0-α附近進(jìn)行角度掃描檢測(cè)時(shí)，OO’具有更小的值。此時(shí)我們認(rèn)為由公式(6)確定的旋轉(zhuǎn)軸的位置為最佳位置。
根據(jù)公式(4)或(6)確定的旋轉(zhuǎn)軸最佳位置，設(shè)

可以將旋轉(zhuǎn)軸的位置設(shè)置在其最佳位置附近，即 經(jīng)過計(jì)算及實(shí)踐，在這樣一個(gè)范圍內(nèi)，均能得到較小的偏移量，從而滿足檢測(cè)的要求。
X方向平移臺(tái)的最佳平移路徑的確定 根據(jù)上述方法確定好一個(gè)最佳旋轉(zhuǎn)軸位置后，再由幾何關(guān)系可知，只要保持光源和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)不動(dòng)，將X方向平移臺(tái)的平移方向設(shè)置成和圖4的B、W兩點(diǎn)的連線方向一致(如圖5所示)，就可以保證當(dāng)X方向平移臺(tái)作X方向平移掃描時(shí)，棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸位置始終滿足公式(2)，也即棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸位置始終為最佳旋轉(zhuǎn)軸位置。如圖5所示，此時(shí)，入射光束和X方向的夾角β可由以下公式確定 綜上所述，本發(fā)明經(jīng)過精心設(shè)計(jì)、巧妙構(gòu)思解決了單點(diǎn)二維掃描式檢測(cè)的技術(shù)難題，對(duì)高精度多樣品點(diǎn)的探測(cè)具有非常重要的意義。



圖1是本發(fā)明裝置示意圖。圖中，1-光源；2-光束；3-斜方棱鏡；4-二維傳感芯片；5-探測(cè)器；6-X方向平移臺(tái)；7-旋轉(zhuǎn)臺(tái)；8-Z方向平移臺(tái)。
圖2是柱面鏡耦合方式示意圖。
圖3是棱鏡耦合方式示意圖。
圖4是最佳旋轉(zhuǎn)軸位置示意圖。
圖5是X方向掃描最佳平移路徑示意圖。
圖6是實(shí)施例1三種情況下光束在樣品點(diǎn)上隨掃描角度θ的漂移值曲線圖。圖中，61-旋轉(zhuǎn)軸位置在的漂移值曲線；62-最佳旋轉(zhuǎn)軸位置下的漂移值曲線；63-旋轉(zhuǎn)軸位置在的漂移值曲線。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明可按照以下步驟來實(shí)施 1)首先根據(jù)所需要檢測(cè)的樣品選擇好斜方棱鏡的幾何和物理參數(shù)。再根據(jù)這些參數(shù)利用公式(7)和(8)計(jì)算棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸位置和最佳平移路徑。將二維傳感芯片4用折射率匹配液固定在斜方棱鏡3的一個(gè)底面上。
2)將旋轉(zhuǎn)臺(tái)7置于Z方向平移臺(tái)8上，Z方向平移臺(tái)8的平移方向和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸方向一致。
3)X方向平移臺(tái)6又置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)7上，X方向平移臺(tái)6的平移方向和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸方向保持垂直。
4)將步驟1)選好的帶有二維傳感芯片4的斜方棱鏡3置于X方向平移臺(tái)6上，并使斜方棱鏡3的下截面和X方向平移臺(tái)6的臺(tái)面接觸，且旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸垂直穿過斜方棱鏡3的上截面和下截面。
5)固定好光源1使其發(fā)出的光束2和旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的轉(zhuǎn)軸垂直相交，且光束離開旋轉(zhuǎn)臺(tái)7的臺(tái)面的距離大約為斜方棱鏡高度的一半。
6)調(diào)整并固定好斜方棱鏡3在X方向平移臺(tái)6上的位置，使光源1發(fā)出的光束2從斜方棱鏡3側(cè)面垂直射入斜方棱鏡3至帶有二維傳感芯片4的前底面后反射，并滿足步驟1)計(jì)算好的斜方棱鏡最佳旋轉(zhuǎn)軸位置。
7)根據(jù)步驟1)計(jì)算好的最佳平移路徑，重新調(diào)整X方向平移臺(tái)6的平移方向。
8)Z方向平移臺(tái)8帶動(dòng)斜方棱鏡3平移進(jìn)行Z方向的掃描檢測(cè)；X方向平移臺(tái)6帶動(dòng)斜方棱鏡3平移進(jìn)行X方向的掃描檢測(cè)。
實(shí)施例1 采用由兩個(gè)折射率為n＝1.5163(K9玻璃)、邊長和厚度都為20毫米等邊棱鏡組成的斜方棱鏡，α為60°；X方向平移臺(tái)、Z方向平移臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)都由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；光源為2毫瓦氦氖激光器；探測(cè)器為硅光電池。
由公式(3)、(4)、(7)和(8)可計(jì)算出

β＝0.766弧度。根據(jù)這些參數(shù)設(shè)置好棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸位置和X方向平移臺(tái)的平移方向。
由于折射率為n＝1.5163的棱鏡對(duì)空氣的全反射角約為0.721弧度，因此θ角度的掃描檢測(cè)范圍可設(shè)置為0.524＞θ＞-0.326弧度。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置在最佳位置

時(shí)，光束在樣品點(diǎn)上的最大漂移值OO’出現(xiàn)在掃描角度θ≈0.383弧度處，約為0.39毫米。如圖6中曲線62所示。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置在時(shí)，光束在樣品點(diǎn)上的最大漂移值OO’出現(xiàn)在掃描角度θ≈0.500弧度處，約為0.90毫米。如圖6中曲線61所示。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置在時(shí)，光束在樣品點(diǎn)上的最大漂移值OO’出現(xiàn)在掃描角度θ≈0.524弧度處，約為-0.55毫米。如圖6中曲線63所示。
如果光斑的直徑為1毫米，則可檢測(cè)不小于1.9毫米的樣品點(diǎn)。
實(shí)施例2 采用由兩個(gè)折射率為n＝1.5163(K9玻璃)、腰長和厚度都為20毫米等腰直角棱鏡組成的斜方棱鏡，α為45°；X方向平移臺(tái)、Z方向平移臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)都由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；光源為2毫瓦氦氖激光器；探測(cè)器為硅光電池。
由公式(3)、(4)、(7)和(8)可計(jì)算出

β＝1.09弧度。根據(jù)這些參數(shù)設(shè)置好棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸位置和X方向平移臺(tái)的平移方向。
由于折射率為n＝1.5163的棱鏡對(duì)空氣的全反射角約為0.721弧度，因此θ角度的掃描檢測(cè)范圍可設(shè)置為0.785＞θ＞-0.065弧度。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置在最佳位置

時(shí)，光束在樣品點(diǎn)上的最大漂移值OO’出現(xiàn)在掃描角度θ≈0.565弧度處，約為0.98毫米。而當(dāng)θ為0.785弧度時(shí)，漂移量OO’幾乎為0。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置在時(shí)，光束在樣品點(diǎn)上的最大漂移值OO’出現(xiàn)在掃描角度θ≈0.615弧度處，約為1.38毫米。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置在時(shí)，光束在樣品點(diǎn)上的最大漂移值OO’出現(xiàn)在掃描角度θ≈784弧度處，為-0.64毫米。
權(quán)利要求
1、一種表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟
(1)將二維傳感芯片(4)置于斜方棱鏡(3)的前底面；斜方棱鏡(3)中，入射側(cè)面與出射側(cè)面平行，前底面與后底面平行，前底面與入射側(cè)面成α角，α角為銳角；X、Y、Z為直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向；斜方棱鏡(3)置于X方向平移臺(tái)(6)上，X方向平移臺(tái)(6)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)和Z方向平移臺(tái)(8)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)軸為Z方向；
(2)光源(1)發(fā)出的光束(2)垂直入射到入射側(cè)面進(jìn)入斜方棱鏡(3)，依次經(jīng)過前底面和后底面的反射，然后經(jīng)出射側(cè)面射到探測(cè)器(5)；光束(2)在入射側(cè)面上的入射點(diǎn)為M點(diǎn)，在前底面上的入射點(diǎn)為O點(diǎn)，在后底面上的入射點(diǎn)為P點(diǎn)、在出射側(cè)面上的出射點(diǎn)為N點(diǎn)，MOPN構(gòu)成的平面垂直于Z方向；M點(diǎn)與O點(diǎn)的連線與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)軸垂直相交于W點(diǎn)；前底面與入射側(cè)面的交線與MOPN構(gòu)成的平面的交點(diǎn)為B”點(diǎn)；W點(diǎn)與B”的連線與X方向一致；
式中，MW為M點(diǎn)到W點(diǎn)的距離，MO為M點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，
n為斜方棱鏡(3)的折射率，α為斜方棱鏡(3)的前底面與入射側(cè)面的夾角，當(dāng)不知道待測(cè)樣品的共振角時(shí)，取當(dāng)知道待測(cè)樣品的共振角為φ0時(shí)，取φ＝φ0；
(3)調(diào)節(jié)X方向平移臺(tái)(6)和/或Z方向平移臺(tái)(8)，使光束(2)入射到二維傳感芯片(4)的某一待測(cè)樣品點(diǎn)；
(4)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)，使該待測(cè)樣品點(diǎn)產(chǎn)生表面等離子體共振，完成單一待測(cè)樣品點(diǎn)的測(cè)定；然后旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)使光束(2)垂直入射到入射側(cè)面；
(5)調(diào)節(jié)X方向平移臺(tái)(6)和/或Z方向平移臺(tái)(8)，使光束(2)入射到二維傳感芯片(4)的其它待測(cè)樣品點(diǎn)；
(6)重復(fù)步驟(4)和步驟(5)，完成二維傳感芯片(4)的各待測(cè)樣品點(diǎn)的檢測(cè)。
2、一種表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)裝置，其特征在于包括光源(1)、斜方棱鏡(3)以及探測(cè)器(5)；斜方棱鏡(3)中，入射側(cè)面與出射側(cè)面平行，前底面與后底面平行，前底面與入射側(cè)面成α角，α角為銳角；X、Y、Z為直角坐標(biāo)系的三個(gè)方向；斜方棱鏡(3)置于X方向平移臺(tái)(6)上，X方向平移臺(tái)(6)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)和Z方向平移臺(tái)(8)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)的轉(zhuǎn)軸為Z方向；光源(1)發(fā)出的光束(2)經(jīng)過入射側(cè)面進(jìn)入斜方棱鏡，依次經(jīng)過前底面和后底面的反射，然后經(jīng)出射側(cè)面射到探測(cè)器(5)。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)裝置，其特征在于X方向平移臺(tái)(6)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)下面設(shè)有Z方向平移臺(tái)(8)。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)裝置，其特征在于X方向平移臺(tái)下面設(shè)有Z方向平移臺(tái)，Z方向平移臺(tái)下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)。
5、根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)裝置，其特征在于X方向平移臺(tái)的平移、Z方向平移臺(tái)的平移以及旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)均由步進(jìn)電機(jī)來控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面等離子體共振生化傳感掃描檢測(cè)技術(shù)。本發(fā)明針對(duì)基于共振角檢測(cè)的表面等離子體共振生化傳感器，提出一種表面等離子體共振生化分析的二維掃描檢測(cè)方法及裝置。所謂二維掃描檢測(cè)是對(duì)二維傳感芯片進(jìn)行單光束二維掃描檢測(cè)。通過精心設(shè)計(jì)角度掃描的旋轉(zhuǎn)軸位置和二維掃描路徑，使得在角度掃描和二維掃描過程中，光束入射到被檢測(cè)芯片上的入射點(diǎn)不偏離需檢測(cè)的樣品點(diǎn)，克服了基于共振角檢測(cè)的表面等離子體共振生化傳感器在二維掃描檢測(cè)過程中，光束入射點(diǎn)容易偏離檢測(cè)樣品的難題，這對(duì)提高二維掃描檢測(cè)的傳感芯片樣品密度，實(shí)現(xiàn)高精度高通量檢測(cè)具有重要的意義，在生化分析中將具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N21/55GK101634630SQ20091004192
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
發(fā)明者鐘金鋼, 張冼華 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)