技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
表面等离子体共振及成像分析仪，特别是关于一种表面等离子体共振耦合光学元件。
背景技术
[0002] 表面等离子体共振是一种免标记、原位实时的界面分析技术。表面等离子体共振的发生条件随传感膜-介质界面上样品折射率的变化而改变。因此通过表面等离子体共振分析，可获得传感膜表面样品的折射率及厚度信息，可对传感膜表面的物理与化学反应进行监测与分析，如果将靶分子键合在传感膜表面，则可进行特异性分子相互作用分析。基于表面等离子体共振技术已经发展了表面等离子体共振及表面等离子体共振成像两类分析系统，均已广泛应用于化学、
生物、医学、物理、材料等领域。尤其是表面等离子体共振成像，与生物芯片技术相结合，将传感膜表面修饰不同探针分子阵列，能够对待测样品中的目标物实现高通量的检测或筛选。近年随着基因组学、
蛋白质组学等各种生物分子组学的深入研究，表面等离子体共振成像越来越受到重视，被认为是一种很有潜
力的高通量生化分析方法。
[0003] 目前的表面等离子体共振及表面等离子体共振成像系统大多是基于克莱舒曼（Kretschmann）结构来激发表面等离子体共振，其总体结构示意图如图1所示。克莱舒曼（Kretschmann）结构一般基于一等腰棱镜1，传感膜2设置在等腰棱镜1的底面3上，
光激发元件4位于等腰棱镜1的第一腰面5一侧，从光激发元件4出射的激发光6从等腰棱镜1的第一腰面5射入棱镜1，在底面3上发生全反射，反射光7从第二腰面8射出等腰棱镜
1，由位于等腰棱镜1的第二腰面8一侧的光检测元件9检测。光激发元件4与光检测元件
9的光轴相交于等腰棱镜1的底面3的中心点处。当进行光激发
角度扫描时，光激发元件4与光检测元件9同时绕等腰棱镜1的底面3的中心点进行相对或相反的转动。
[0004] 这种基于棱镜的表面等离子体共振耦合元件存在一些缺点：
[0005] 1.棱镜的形状固定，激发光线不能始终与棱镜的入射面垂直，同样反射光线也不能始终与棱镜的出射面垂直，当光激发角度改变时，由于光折射效应，激发光斑
位置会发生偏移，引起光分布发生变化，从而影响分析效果；而且还会带来光激发角度的校正问题。
[0006] 2.为了降低成本、方便使用，传感膜多制备于基片上，再通过粘结油贴于棱镜的底面上，粘结油的操作容易产生气泡，从而影响成像
质量和分析效果。
[0007] 3.激发光线和棱镜的入射面、反射光线和棱镜的出射面不能始终保持垂直，棱镜、粘接油与基片的折射率难以理想匹配，将带来多界面的反射干扰问题。
[0008] 上述所有问题，除了会带来角度校正的麻烦，还会严重影响表面等离子体共振及表面等离子体共振成像系统的分析质量。
[0009] 因此若能构建一种表面等离子体共振耦合光学元件，克服上述缺点，将是非常重要且有意义的。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于提出一种形变易于控制的表面等离子体共振耦合光学元件，具有能够保持激发光线与入射光学窗口、反射光线与出射光学窗口始终垂直、无需角度校正、传感芯片固定无需使用粘结油、减少多界面反射干扰等优点。本发明可以广泛应用于表面等离子体共振系统和表面等离子体共振成像系统。
[0011] 本发明通过如下技术方案实现：
[0012] 一种表面等离子体共振耦合光学元件，其特征在于：所述光学元件包括一软质腔体、两个光学窗口、一传感芯片、一样品流通池；所述两个光学窗口分别密封安装于软质腔体的两个相对的开口，分别用作表面等离子体共振耦合光学元件的激发光入射光学窗口和反射光出射光学窗口；所述传感芯片密封安装于软质腔体的中心开口；所述样品流通池位于传感芯片上。
[0013] 根据本发明，其特征在于，所述光学元件还包括光学透明的液体。
[0014] 根据本发明，所述传感芯片包括一光学透明基片及制备于其上的传感膜。所述光学透明基片与光学透明的液体直接
接触；所述传感膜与样品流通池直接接触。
[0015] 根据本发明，所述传感膜通过常规的方法，例如
真空蒸
镀等
薄膜制备方法直接在基片上进行制备。
[0016] 根据本发明，所述软质腔体具有一个中心开口、位于中心开口两侧的两个相对的开口，和两个小孔。
[0017] 根据本发明，所述两个小孔分别位于软质腔体的底部和上部。其分别用作所述光学透明的液体的输入孔与输出孔。
[0018] 根据本发明，所述软质腔体可以是形变易于控制的
橡胶、聚二甲基
硅氧烷（PDMS）等材料制成。
[0019] 根据本发明，所述光学窗口可以是光学透明的玻璃、
石英、硅、塑料等材料制成。
[0020] 根据本发明，所述光学透明的液体可以是
水、油、离子液等各种纯净或混合的液体。
[0021] 根据本发明，所述光学透明基片可以是玻璃、石英、硅、塑料等；所述传感膜为金、
银等能够发生表面等离子体共振的材料，可根据需要对传感膜进行功能修饰。
[0022] 本发明还提供一种表面等离子体共振耦合光学元件的应用，其特征在于，所述元件用于角度扫描的表面等离子体共振系统、表面等离子体共振成像系统，或者
波长扫描的表面等离子体共振系统和表面等离子体共振成像系统中。
[0023] 本发明所述的一种表面等离子体共振耦合光学元件，使用时传感芯片位置固定，两侧的两个光学窗口位置可调，具有以下优点：
[0024] 1.当表面等离子体共振光激发角度改变时，激发光线与入射光学窗口能够始终保证垂直，同样反射光线与出射光学窗口也能始终保证垂直，表面等离子体
共振激发光斑位置始终不变，避免了传统棱镜耦合带来的激发光斑位移引起的光分布变化；而且无需进行激发光角度校正。
[0025] 2.传感芯片的基片直接与光学透明的液体接触，无需使用粘结油，避免了粘结油的操作容易产生气泡问题。
[0026] 3.减少了多界面的反射干扰。
[0027] 4.可以自由更换位于软质腔体内的光学透明的液体，选择合适折射率的液体，能够进一步提高检测灵敏度。
[0028] 因此，本发明所提出的一种表面等离子体共振耦合光学元件，能够有效提高表面等离子体共振和表面等离子体共振成像系统的分析质量、提高检测灵敏度，并省去了角度校正及粘接油操作的麻烦。本发明可以直接应用于激发光与反射光角度联动的表面等离子体共振和表面等离子体共振成像系统中，只需将传感膜固定在激发光运动机构与反射光运动机构的
转轴延长线上、将两个光学窗口分别固定在相应的激发光与反射光运动机构上即可。
附图说明
[0029] 图1为克莱舒曼结构的表面等离子体共振或表面等离子体共振成像系统的总体结构示意图。
[0030] 图2为本发明的表面等离子体共振耦合光学元件的结构示意图。
[0031] 图3A、B为采用本发明的表面等离子体共振耦合光学元件的使用状态示意图。
[0032] 图4为采用本发明的表面等离子体共振耦合光学元件的
牛血清
白蛋白（BSA）与抗BSA相互作用的表面等离子体共振曲线图。
[0033] 其中，各附图标记的含义如下：
[0034] 1：等腰棱镜；2：传感膜；3：底面；4：光激发元件；5：第一腰面；6：激发光；7：反射光；8：第二腰面；9：光检测元件；10：软质腔体；11、12：光学窗口；13：传感芯片；14：样品流通池；15：光学透明的液体；16：中心开口；17、18：开口；19、20：小孔；21、22：固定件；23：光学透明基片；24：弹性
垫片；25：传感芯片固定架；26：玻璃片；27：弹性垫片；28、29：
小孔；30：激发光运动机构；31：反射光运动机构。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图和典型
实施例，对本发明的具体实施方式进行详细描述。但本领域技术人员了解，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本领域技术人员可依据本发明
说明书、
权利要求书与附图进行
修改与等效变换，这样的修改与变换均不应排除在本发明的范围之外。任何在本发明
基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
[0036] 本发明的结构示意图如图2所示。所述的一种表面等离子体共振耦合光学元件包括一软质腔体10，两个光学窗口11、12，一传感芯片13，一样品流通池14，以及光学透明的液体15。
[0037] 所述软质腔体10具有一个中心开口16、位于中心开口两侧的两个相对的开口17、18，和两个小孔19、20；所述软质腔体可以由形变易于控制的橡胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等材料制成，在本实施例中采用弹性硅橡胶管加工制成。
[0038] 所述两个光学窗口11、12分别密封安装于软质腔体10的两个相对的开口17、18，分别用作表面等离子体共振耦合光学元件的激发光6的入射光学窗口和反射光7的出射光学窗口；所述两个光学窗口11、12可以是光学透明的玻璃、石英、硅、塑料等材料制成，在本实施例中，为两
块圆形的K9玻璃，并将其分别固定在
铝制固定件21、22上。
[0039] 所述传感芯片13安装于软质腔体10的中心开口16，包括一光学透明基片23及制备于其上的传感膜2。在本实施例中，光学透明基片23为一厚度0.15mm的K9玻璃片，传感膜2为厚度50nm的金膜。传感芯片13经PDMS弹性垫片24通过压力密封固定于传感芯片固定架25上。传感芯片固定架25密封安装于软质腔体10的中心开口16。传感芯片13的光学透明基片23与光学透明的液体15直接接触，传感膜2与样品流通池14直接接触。
[0040] 所述样品流通池14为一K9玻璃片26通过PDMS弹性垫片27与传感芯片13通过压力实现密封；在K9玻璃片26上开有两个小孔28、29，分别作为样品流通池的样品输入与输出口。
[0041] 所述两个小孔19、20分别位于软质腔体10的底部和上部，分别用作所述光学透明的液体15的输入与输出孔。
[0042] 本发明所述的表面等离子体共振耦合光学元件，使用时传感芯片13的位置通过传感芯片固定架25的固定而固定，两侧的两个光学窗口11、12的位置可调。因此，当表面等离子体共振光激发角度改变时，激发光线6与入射光学窗口11能够始终保证垂直，同样反射光线7与出射光学窗口12也能始终保证垂直，表面等离子体共振激发光斑位置始终不变，避免了传统棱镜耦合带来的激发光斑位移引起的光分布变化；而且无需进行激发光角度校正。传感芯片13的基片23直接与光学透明的液体15接触，无需使用粘结油，避免了粘结油的操作容易产生气泡问题。本发明减少了多界面的反射干扰。此外，位于软质腔体10内的光学透明的液体15可以自由更换，如果选择合适折射率的液体，将进一步提高检测灵敏度。
[0043] 本发明可以直接应用于激发光与反射光角度联动的表面等离子体共振和表面等离子体共振成像系统中。如图3A、B所示，只需将两个光学窗口固定件21、22分别固定在相应的激发光运动机构30与反射光运动机构31上，将传感膜2固定在激发光运动机构30与反射光运动机构31的转轴延长线上即可。光激发元件4和入射光学窗口11均固定在激发光运动机构30上，光检测元件9和出射光学窗口12均固定在反射光运动机构31上，由激发光运动机构30与反射光运动机构31绕转轴联动调节激发光入射角度，激发光线6与入射光学窗口11能够始终保证垂直，同样反射光线7与出射光学窗口12也能始终保证垂直。本发明可以广泛应用于角度扫描的
表面等离子共振系统和表面等离子体共振成像系统，也可以应用于波长扫描的表面等离子体共振系统和表面等离子体共振成像系统。
[0044] 图4为采用本发明的表面等离子体共振耦合光学元件的牛血清白蛋白（BSA）与抗BSA（anti-BSA）相互作用的表面等离子体共振曲线图。传感膜2上修饰了BSA探针分子，光学透明的液体15为1-乙基-3-甲基-咪唑碘盐
离子液体。在图4中，首先向样品流通池中通入
磷酸缓冲（PB）、然后在112分钟时通入Anti-BSA溶液、与传感膜2上的BSA探针分子反应一段时间后，在174分钟时又通入Anti-BSA溶液、最后在192分钟时通入PB，洗去未结合的Anti-BSA。实现了BSA与anti-BSA间相互作用的表面等离子体共振实时检测。
