[发明专利]沉积、检测和鉴别威胁物质的系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求于2005年2月9日提交的的、题为“生物拉曼静电检测 器鉴定器传感器(BioREDI)的研发”的美国专利申请60/651375的优先 权。

技术领域

本申请通常涉及检测和鉴别有害物质的系统和方法。

背景技术

威胁物质的使用对人体和经济健康产生严重的威胁。该威胁还伴有检 测使用所述物质的有限能力。现有技术中的检测策略依赖于独立的检测和 鉴别威胁物质的仪器。检测空气中的物质的常规方法包括相对无特异性的 光学和光谱检测方法，包括激光散射、紫外激光诱导荧光(UV-LlF)和激 光诱导分解光谱(LIBS)。常规的鉴别威胁物质的方法包括湿化学方法或 光谱法。基于试剂的鉴别生物威胁物质的方法包括例如特异性抗体、遗传 标记物和培养繁殖的方法。尽管其高度特异性，但是这些鉴别方法耗时、 耗力而且昂贵。用于鉴别的光谱法作为基于试剂的鉴别方法的替换方案， 包括质谱、红外光谱、拉曼光谱和成像光谱。质谱受到背景干扰灵敏度的 限制。红外光谱显示了低灵敏度。拉曼光谱可以在几种不同的设备中进 行，包括普通拉曼光谱、UV共振拉曼光谱、表面增强拉曼光谱(SERS) 和非线性拉曼光谱。尽管普通拉曼光谱显示对检测空气中的物质具有足够 的灵敏度和特异性，但是其他形式的拉曼光谱的灵敏度、特异性或信号强 度不够。现有技术的成像光谱收到以下需求的局限，即需要从用于光成像 的宽带光源转换至基本为单色的光源以进行光谱成像。其导致检测和鉴别 之间的时间较长，在此过程中样品可能会降解。

本公开内容描述了一种采用拉曼光谱和拉曼成像光谱的不需要试剂 的传感器，在样品沉积的同时，检测和鉴别样品。本公开内容的系统和方 法可以触发模式或鉴别模式工作。本公开内容描述了一种通过使用单个照 明源减小系统和方法的复杂性的方案。

简介

本公开内容提供了一种将威胁物质的样品沉积在基底上的系统和方 法。在将威胁物质的样品沉积在基底的基本同时，检测和鉴别所述威胁物 质。可选地，采用纤维阵列光谱转换器来收集适于鉴别所述威胁物质的空 间分辨拉曼光谱，所述转换器将含有样品的基底部分的非线性视野转化为 偶联至分光计的入射狭缝的曲线映射。

在一个实施方式中，通过单个照明源用大量光子照射沉积在基底上的 威胁物质，由此产生弹性散射光子和拉曼散射光子。可以通过采用弹性散 射成像形成威胁物质的图像，来分析由位于基底上的威胁物质产生的弹性 散射光子，以及采用拉曼光谱分析由基底上的威胁物质产生的拉曼散射光 子，从而对威胁物质进行鉴别。拉曼光谱可以与至少一个参照拉曼库光谱 进行比较，以鉴别威胁物质。对拉曼散射光子的分析可能进一步包括产生 位于大约0cm^-1至大约3500cm^-1的拉曼位移范围内的拉曼光谱，光谱分辨 率小于20cm^-1。分析拉曼散射光子可能进一步包括产生同时位于大约0cm^-1至大约3500cm^-1的拉曼位移范围内的多个空间独立的图像通道，全光谱的 分辨率低于20cm^-1。

在一个实施方式中，对威胁物质产生的弹性散射光子的分析包括采用 下述一个装置自动聚焦威胁物质在基底上的图像：与反馈控制机构一起使 用的CMOS检测器、CCD检测器或高帧速数字检测器。拉曼散射光子的 分析还可以包括将拉曼散射光子通过一装置，以产生多个空间分辨的拉曼 光谱，所述装置选自可调滤波器、带通滤波器、液晶可调滤波器、干涉计、 声波光学可调滤波器和分散光学装置。拉曼散射光子的分析还可以包括使 拉曼散射光子通过以下中的一个：行扫描分光计、多点分光计、单点分光 计和区域成像分光计。

在一个实施方式中，采用一光学系统收集弹性散射光子和拉曼散射光 子，其中所述照明源位于光路上，基底沿一平面设置，其中光路或沉积设 备相对于基底平面的角度不等于90°。