[发明专利]D形微柱镜旋转式SPR传感芯片

说明书

本发明提供的是一种D形微柱镜旋转式SPR传感芯片，属于光学传感领域和材料工程领域，具体涉及的是药品研发、疾病控制及食品安全等领域。一种D形微柱镜旋转式SPR传感芯片，由D形微柱镜光学基片、纳米金属膜、谐振增强膜及基底组成。其调制方式为：将芯片固定于旋转平台上，沿着垂直于D形微柱镜光学基片平面的中心轴转动旋转平台，实现改变芯片入射光的入射角，实现对产生SPR现象的激发光入射角度的高分辨率调制。本发明的优势在于，该芯片具有成本低、微型化、易集成、可规模化生产及传感系统芯片易更换等优点，克服了传统SPR检测技术操作复杂、成本高等缺点，并且相较于传统的角度调制方式，该芯片的调制方式可以使SPR共振角的测量精度提高数倍。

(一)技术领域

本发明提供的是一种D形微柱镜旋转式SPR传感芯片，属于光学传感领域和材料工程领域，具体涉及的是药品研发、疾病控制及食品安全等领域。

(二)背景技术

随着生活水平的提高，药品研发、疾病控制及食品安全等问题成为全球共同关注的焦点。近年来，光学生物传感技术因其本身具有高灵敏度、实时、快速、检测方式灵活等特点，在上述领域获得了广泛的应用，但是在生物分子检测领域实现商品化的只有表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)技术。目前市场上商品化的SPR传感器仍存在一些不足，如仪器体积过大、成本高、无法对分子进行识别及检测小分子浓度有限，传感系统中更换传感结构不方便等，因此人们迫切寻求更具有商业价值的SPR传感器。

2005年，美国亚利桑那州立大学的Soame Banerji等人在国际期刊OpticsLetters上发表的文章指出，利用基于光纤的SPR双传感通道的传感器可实现高灵敏度的测量，但该SPR传感装置是需要在镀了金膜的传感区上镀厚度严格为100nm的聚合物层，因此加工工艺和传感结构相对较为复杂。文献(Journal of Zhejiang Normal University，1011-5051，2018，41卷，40-45页)中介绍了一种基于SPR角度调制的Kretschmann棱镜型溶液折射率检测系统，将折射率的变化与共振角的改变对应起来，再经光电转换，实现溶液折射率的实时检测。但是由于采用了棱镜模型，导致体积大，不能微型化及规模化生产，且采用的是直接角度调制方式，测量精度并没有得到提高。

此外，申请号为200910071979.0的专利中介绍了一种棱镜式角度匹配表面等离子体谐振检测仪，使用了镜面与光学平台垂直、在光学平台上的投影为一维椭圆形的一部分的椭面反射镜，将半柱形棱镜的圆心和光电探测器分别置于椭面反射镜的两个焦点上。椭面反射镜取代了传统检测仪中光电探测器的角度机械跟随转动装置，提高了检测仪工作环境的稳定性，但半柱形棱镜的入射面与转动平台平行，通过改变入射角直接调制SPR共振激发角，使得共振角的测量精度没得到提高。申请号为201210067372.7的专利中介绍一种石墨烯薄膜增敏的D型光纤SPR传感器及其制备方法，在银膜层表面沉积石墨烯薄膜层来增加该SPR传感器的灵敏度。该方法具有一定的新颖性，但是在传感器结构上没有新的改进，且不能方便更换传感检测系统的芯片。

本发明针对以上在先技术存在的优点和不足，提出一种D形微柱镜旋转式SPR传感芯片。一方面，此芯片具有成本低，在传感系统中易更换的优点；另一方面，该芯片既具有棱镜型SPR传感器入射角度可调的优点，又具有光纤型SPR传感器微型化、易集成的优点，因此适用于规模化生产，具有可大批量生产的商业前景。而且芯片的调制方式为，将芯片固定于旋转平台上，沿着垂直于D形微柱镜光学基片平面的中心轴转动旋转平台，可实现改变芯片入射光的入射角，及实现对产生SPR现象的激发光入射角度的高分辨率调制。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以用于药品研发、疾病控制及食品安全等领域的D形微柱镜旋转式SPR传感芯片。

本发明的目的是这样实现的：