專利名稱：外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體波感測(cè)裝置及方法，特別涉及一種外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置及方法。
傳統(tǒng)上經(jīng)過(guò)一些免疫分析法(ELISA or RIA)檢測(cè)病原體細(xì)菌或病毒至少需要三天，它必須經(jīng)過(guò)清洗-反應(yīng)-清洗等步驟方可完成，如果利用光纖生物傳感器，雖然可大大縮短檢驗(yàn)的時(shí)間，然而還需要標(biāo)志熒光物質(zhì)方可執(zhí)行，而且在熒光檢測(cè)靈敏度上有一定限制，目前最新的方法是利用表面等離子體波共振方法(Surface Plasma Resonance；SPR)，可同時(shí)擁有快速檢驗(yàn)而且不需使用熒光物標(biāo)志的優(yōu)點(diǎn)。表面等離子體波(SurfacePlasma Wave；SPW)是“在金屬表面同步震蕩的電磁波″，而表面等離子體共振現(xiàn)象的發(fā)生原理是通過(guò)棱鏡或其它不同的光學(xué)耦合(opticalcoupling)結(jié)構(gòu)使入射的P偏極化光(TM wave)在平行于金屬薄膜界面的方向的傳播常數(shù)kx與表面等離子體波的傳播常數(shù)ksp相同，而滿足共振的條件kx＝kgsinθ＝ksp，其中kg＝[ω/c](ε0)1/2，ksp＝[ω/c](ε1ε2/(ε1+ε2))1/2，ω為入射激光頻率，而ε0、ε1、ε2分別為棱鏡、金屬膜和被測(cè)試介質(zhì)的介電常數(shù)，此時(shí)產(chǎn)生于金屬膜和附著在金屬膜上的電介質(zhì)的界面會(huì)產(chǎn)生表面等離子體波并同時(shí)將入射光能量帶走，因此造成反射光的強(qiáng)度下降，如

圖1。而通過(guò)檢測(cè)因?yàn)榻殡姵?shù)的改變或折射率的改變所產(chǎn)生共振角度的平移或是固定激光入射角而測(cè)量反射光強(qiáng)度的變化(如圖2)，而可求得如折射率改變等物理量。以上兩種方法已廣泛地被采用于生物醫(yī)學(xué)或化學(xué)物質(zhì)的快速檢驗(yàn)中，然而該種方法不論利用反射光強(qiáng)度的變化或共振角發(fā)生位置的變化來(lái)檢測(cè)物理量，在靈敏度上都有一定的限制。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的外差干涉表面等離子體波感測(cè)裝置及方法，采用雙頻率相互垂直(orthogonal)的線偏極化激光，例如日曼(Zeeman)激光在金屬膜等界面上產(chǎn)生兩個(gè)表面等離子體波，利用測(cè)量產(chǎn)生表面等離子體波的P偏極化反射波(P1波+P2波)的外差干涉信號(hào)的振幅大小變化，取代傳統(tǒng)上以測(cè)量共振角的位置或單一反射P波的強(qiáng)度變化等方法(如圖3)，本發(fā)明的裝置及方法用于檢測(cè)靈敏度可大幅提高并可即時(shí)測(cè)量被測(cè)試分子間的相互作用，例如，結(jié)合(association)、分離(dissociation)速率和濃度(concentration)等功能，同時(shí)亦可發(fā)展成為化學(xué)及生物傳感器(sensor)或其它應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，我們提出一種外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，用于測(cè)量化學(xué)或生物分子間相互作用，該方法主要在界面產(chǎn)生表面等離子體波時(shí)，測(cè)量?jī)上嗷ネ{(diào)關(guān)連、不同頻率的反射P1偏振光和P2偏振光，所產(chǎn)生外差干涉信號(hào)的振幅變化來(lái)計(jì)算出待測(cè)的物理量，該方法包括下列步驟(1)以一具有第一折射率的全反射裝置作為全反射用的基底，一具有第二折射率且規(guī)范一定厚度的金屬薄膜，其緊靠在該全反射裝置基底，同時(shí)在該金屬薄膜的另一面附著一化學(xué)或生物薄膜，其中該第二折射率低于該第一折射率；(2)調(diào)整并校正入射激光的角度使得表面等離子體波在該金屬薄膜和該化學(xué)或生物薄膜界面上產(chǎn)生表面等離子體波；(3)采用雙頻率且相互垂直線偏極化激光，其為P偏振光和S偏振光，并經(jīng)過(guò)一極化光元件組使得入射激光轉(zhuǎn)變成不同頻率且相互同調(diào)關(guān)連的P1偏振波和P2偏振波，P1和P2偏振激光經(jīng)全反射在金屬膜和化學(xué)薄膜界面上分別產(chǎn)生表面等離子體波，其反射P1′波和P2′波產(chǎn)生外差干涉信號(hào)，其拍頻等于該雙頻率的差頻；(4)相同載波頻率的參考光束和信號(hào)光束的光干涉信號(hào)通過(guò)帶通濾波器過(guò)濾，并將外差干涉信號(hào)輸入到鎖相放大器或振幅解調(diào)裝置中，可即時(shí)測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅及相位變化；以及(5)選擇適當(dāng)入射角度，也即在表面等離子體波產(chǎn)生的共振角附近，測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅大小及其隨時(shí)間的變化量或相位變化量。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中雙頻率相互關(guān)連的P1波和P2波線偏極化激光，從以下方法所組成的族群中選擇(1)單頻率線偏極化激光結(jié)合相位調(diào)制器，極化光的組件，馬赫-策思德(Mach-Zehnder)干涉儀；(2)單頻率線偏極化激光結(jié)合固定驅(qū)動(dòng)頻率的電光調(diào)變器；(3)半導(dǎo)體激光配合電流調(diào)制的電源供應(yīng)器和極化光組件，組成馬赫-策思德(Mach-Zehnder)干涉儀；(4)雙頻率同調(diào)相關(guān)的P1偏振光和P2偏振光，可利用單頻率線偏極化半導(dǎo)體激光配合極化保持單模光纖和集成光學(xué)組件，相位調(diào)制器形成馬赫-策思德(Mach-Zehnder)干涉儀；以及(5)雙頻率同調(diào)相關(guān)的P1偏振光和P2偏振光亦可利用單頻率P波線偏極激光配合相位調(diào)變裝置形成邁克耳孫(Michelson)干涉儀。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中雙頻率相互垂直線偏極化激光可由雙頻率相互垂直圓偏極化激光取代，其極化光元件組為一P偏振的極化片，可產(chǎn)生不同頻率的P1偏振光和P2偏振光。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該全反射裝置可由光柵取代而產(chǎn)生表面等離子體波，入射的雙頻率線偏極化激光是先經(jīng)過(guò)透光的被測(cè)試薄膜再入射至金屬薄膜而在其界面上產(chǎn)生表面等離子體波。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該物理量為待測(cè)物體的折射率及其變化量。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該物理量為待測(cè)物體分子間的結(jié)合或分離反應(yīng)速率及其動(dòng)力學(xué)。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，可經(jīng)過(guò)抗原抗體結(jié)合成為生物傳感器或化學(xué)傳感器。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其經(jīng)過(guò)測(cè)量信號(hào)光束和參考光束的外差干涉信號(hào)振幅大小的比值x＝(Ap′As′)/(ApAs)，而提高檢測(cè)靈敏度，以避免入射激光光強(qiáng)度的不穩(wěn)定。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中外差干涉信號(hào)的振幅大小可利用振幅解調(diào)裝置完成，可擴(kuò)充成為多信道外差干涉表面等離子體波感測(cè)系統(tǒng)。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中多信道外差干涉信號(hào)光束是由一維陣列光檢測(cè)器所接收，并分別由振幅解調(diào)裝置即時(shí)測(cè)量對(duì)應(yīng)的外差干涉信號(hào)的振幅變化，該雙頻率線偏極化激光束可利用柱形透鏡方式，以達(dá)到多信道感測(cè)所需要的平行光束。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其還包含利用不同方法產(chǎn)生雙頻率同調(diào)相關(guān)的P1波和P2波，在金屬薄膜界面上產(chǎn)生表面等離子體波和其反射的P1’波和P2’波，產(chǎn)生外差干涉信號(hào)及其振幅大小的測(cè)量方法。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中多信道外差干涉信號(hào)光束是由二維陣列光檢測(cè)器所接收，并分別由振幅解調(diào)裝置即時(shí)測(cè)量對(duì)應(yīng)的外差干涉信號(hào)的振幅變化，該雙頻率線偏極化激光束可利用激光擴(kuò)束透鏡組以達(dá)到多信道感測(cè)所需要的平行光束。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該極化光元件組包括λ/2玻片、λ/4玻片及極化片。
上所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該激光是日曼(Zeeman)激光。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該全反射裝置是從棱鏡、光纖以及集成光學(xué)組件所組成的族群中選擇。
一種實(shí)現(xiàn)該外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法的裝置，其用于測(cè)量化學(xué)或生物分子相互作用的物理量，其主要在界面產(chǎn)生表面等離子體波時(shí)測(cè)量?jī)上嗷ネ{(diào)關(guān)連、不同頻率的反射P1偏振光和P2偏振光，所產(chǎn)生外差干涉信號(hào)的振幅變化來(lái)計(jì)算出待測(cè)的物理量，該裝置包括一激光光源，用于產(chǎn)生激光；一極化光元件組，使得入射激光轉(zhuǎn)變成不同頻率且相互同調(diào)關(guān)連的P1偏振波和P2偏振波，P1和P2偏振激光經(jīng)全反射在金屬膜和化學(xué)薄膜界面上分別產(chǎn)生表面等離子體波，其反射P1′波和P2′波產(chǎn)生外差干涉信號(hào)，其拍頻等于雙頻率的差頻；一具有第一折射率的全反射裝置，一具有第二折射率且規(guī)范一定厚度的金屬薄膜，其緊靠于該全反射裝置基底，以及一化學(xué)或生物薄膜，其附著于該金屬薄膜的另一面；其中該第二折射率低于該第一折射率；一角度調(diào)整裝置，用于調(diào)整并校正入射激光的角度，使得表面等離子體波在該金屬薄膜和該化學(xué)或生物薄膜界面上產(chǎn)生表面等離子體波；一光檢測(cè)器，分別用于將一參考光束及一信號(hào)光束轉(zhuǎn)換成外差干涉信號(hào)；一帶通濾波器，用于將參考光束的外差干涉信號(hào)及信號(hào)光束的外差干涉信號(hào)過(guò)濾；以及一鎖相放大器或振幅調(diào)解裝置，可測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅及相位變化。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其中該極化光元件組包括λ/2玻片、λ/4玻片及極化片。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其中該激光是日曼(Zeeman)激光。
上述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其中該全反射裝置從棱鏡、光纖以及集成光學(xué)組件所組成的族群中選擇。
綜上所述，本發(fā)明具有下列幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)1.外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2.高靈敏度及較大的線性范圍因傳統(tǒng)上測(cè)量單一入射角度反射光強(qiáng)度的方法比測(cè)量共振角度平移變化的方法靈敏度高，再加上本發(fā)明以測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅而非強(qiáng)度信號(hào)更增加了檢測(cè)靈敏度，同時(shí)檢測(cè)的線性范圍也較大。
3.因合并外差干涉及鎖相放大的技術(shù)，信噪比大幅提高。
4.一般振幅的測(cè)量易受激光強(qiáng)度不穩(wěn)定的影響，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)亦可同時(shí)測(cè)量信號(hào)光束的外差干涉信號(hào)及參考光束的外差干涉信號(hào)的振幅大小比值x＝(Ap′As′/ApAs)，可大幅度降低激光光強(qiáng)度不穩(wěn)定的影響，提高靈敏度。
5.本發(fā)明不需標(biāo)志熒光物質(zhì)，不但使檢驗(yàn)過(guò)程快速而且簡(jiǎn)單化，且因是屬于即時(shí)性的檢測(cè)，可對(duì)分子間相互作用過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化做即時(shí)測(cè)量。
6.本發(fā)明可發(fā)展成多信道外差干涉表面等離子體波感測(cè)系統(tǒng)。
下面結(jié)合附圖就本發(fā)明的最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下圖1是棱鏡表面等離子體波產(chǎn)生說(shuō)明圖；圖2是強(qiáng)度反射率R和入射角度θ關(guān)系說(shuō)明；圖3是棱鏡雙表面等離子體波(P1波+P2波)產(chǎn)生說(shuō)明；圖4是表面等離子體波棱鏡光學(xué)組件圖5新型外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置及方法圖；圖6是生物分子固定化過(guò)程(IgG濃度為38μg/ml)；圖7是anti-IgG與IgG分子作用情形；圖8a是各濃度對(duì)應(yīng)飽和信號(hào)的結(jié)果；圖8b將圖8a轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)座標(biāo)；圖9是多信道外差干涉表面等離子體波感測(cè)系統(tǒng)。
請(qǐng)參見圖4，表面等離子體波棱鏡光學(xué)組件中的玻璃基板(glassbased plate)53表面蒸發(fā)鍍金(Au)或銀(Ag)等金屬薄膜，厚度約50nm，其中光折射率匹配溶液(index matching oil)52的目的在于結(jié)合棱鏡51與玻璃基板53使其折射率相同，金屬膜及其表面上鍍一層化學(xué)薄膜54并和具有相同特性的分子結(jié)合產(chǎn)生相互作用。在反應(yīng)器58中而形成分子結(jié)合體57。表面等離子體波因受到金屬薄膜表面所附著分子結(jié)合體例如抗原抗體的結(jié)合體57而造成光折射率的變化，而使得反射的P1波和P2波所產(chǎn)生的外差干涉信號(hào)的振幅改變，再利用鎖相放大器或相關(guān)的振幅解調(diào)裝置可即時(shí)測(cè)量振幅大小以達(dá)到即時(shí)檢測(cè)相關(guān)的物理量及其隨時(shí)間的變化。
本發(fā)明提出一種外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置及方法，所提出的光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖5，采用的光源為一雙頻率相互垂直的線偏極化穩(wěn)頻激光，例如Zeeman激光10，此種激光輸出光束為互相垂直的線偏極化光(P波和S波)，其振幅和頻率分別為(Ap，ωp) 和(As，ωs)。其后放置一λ/2玻片20，可將激光輸出的P波和S波偏極化光旋轉(zhuǎn)角度，使得P波平行X軸，可表示成 同時(shí)S波平行Y軸，表示成 當(dāng)P波及S波同時(shí)入射至一λ/4玻片30后，P波和S波轉(zhuǎn)換成一個(gè)右旋(R波)及一個(gè)左旋(L波)的圓偏極化光，它可表示成R=(1/2)Apeiωpt1-iandL=(1/2)Aseiωst1i]]>經(jīng)過(guò)P偏極化片40，使得R波和L波的P波分量通過(guò)極化片40，而產(chǎn)生雙頻率的P1波和P2波，并可分別寫成(1/2)Ap1100eiωpt]]>和(1/2)As1100eiωst,]]>再經(jīng)分光片50將光束分成兩束，其中信號(hào)光束入射至表面等離子體波棱鏡光學(xué)組件60，旋轉(zhuǎn)棱鏡光學(xué)組件使得激光入射角度改變，當(dāng)入射角等于表面等離子體共振角度時(shí)，不同頻率且相互關(guān)連(correlate)的P1波和P2波同時(shí)分別在金屬薄膜表面上產(chǎn)生表面等離子體波，因而同時(shí)有兩個(gè)表面等離子體波在金屬薄膜上傳播，而P1波和P2波的反射光被檢測(cè)器70接收后產(chǎn)生外差干涉信號(hào)，其差頻為 信號(hào)光外差干涉信號(hào)可表示成 其中△Φ′＝Φp1′-Φp2′。而Ap′，As′及Φp1′，Φp2′分別為反射信號(hào)光P1波和P2波的振幅及相位，在通過(guò)以 為中心頻率的帶通濾波器80過(guò)濾后，濾出的交流信號(hào)可寫成 并將 輸入到鎖相放大器90作處理。同理，分光鏡50所反射出的參考光束由光檢測(cè)器71接收，所得到的參考光外差干涉信號(hào)為 其中 而Φp1，Φp2分別為參考光束的P1波和P2波的相位。經(jīng)帶通濾波器81過(guò)濾，所濾出的參考光交流信號(hào)可寫成
也同樣送入鎖相放大器90。這樣，鎖相放大器會(huì)根據(jù)參考光信號(hào)的頻率 檢測(cè)并放大信號(hào)光的信號(hào)，而大幅提高了信噪比(SNR)及靈敏度。最后由電腦91記讀及計(jì)算，可即時(shí)測(cè)得外差干涉信號(hào)的振幅(Ap′As′)的大小及相位 隨時(shí)間的變化量，而能即時(shí)反應(yīng)出待測(cè)的化學(xué)或生物分子與感應(yīng)片之間的相互作用關(guān)系。
圖6是已完成實(shí)驗(yàn)中IgG抗體固定于感應(yīng)片(BIAcore，CM5 chip)表面的過(guò)程，圖7則是固定在感應(yīng)片表面的IgG抗體與待測(cè)樣品中的抗-IgG(約100ng/ml)相互結(jié)合的即時(shí)反應(yīng)數(shù)據(jù)。圖7為不同濃度的待測(cè)物所得到的信號(hào)關(guān)系數(shù)據(jù)(25ng/ml或0.2nM)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可證實(shí)本發(fā)明裝置及方法的檢測(cè)靈敏度以及其較大的線性測(cè)量范圍比傳統(tǒng)方法大幅提高到50倍。
本發(fā)明專利如使用振幅解調(diào)裝置，例如數(shù)字電壓表(Digital voltmeter，DVM)來(lái)測(cè)取外差干涉信號(hào)的振幅大小，則本發(fā)明專利外差干涉表面等離子體波感測(cè)裝置及方法可以轉(zhuǎn)換成為多信道感測(cè)系統(tǒng)(如圖9)，其中雙頻率線偏極化激光100經(jīng)過(guò)極化組件110產(chǎn)生雙頻率P1波和P2波的激光束，柱狀透鏡120將激光擴(kuò)束且平行可同時(shí)入射至表面等離子體波棱鏡光學(xué)組件130中，再經(jīng)過(guò)一維陣列光檢測(cè)器140和帶通濾波裝置150，振幅解調(diào)裝置160，個(gè)人電腦170而達(dá)到多信道檢測(cè)的功能。
綜上所述本發(fā)明的外差干涉表面等離子體波感測(cè)裝置和方法確能借上述的結(jié)構(gòu)將以往以測(cè)量反射光強(qiáng)度的方法轉(zhuǎn)換成以雙頻率線偏極化激光和外差干涉式并測(cè)量振幅信號(hào)大小，無(wú)論在檢測(cè)靈敏度以及有效測(cè)量范圍上均有大幅提高，但上述圖示及說(shuō)明僅為了說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非為限定本發(fā)明的實(shí)施，凡熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人士根據(jù)本發(fā)明特征范圍因素所作的其它等效變化或修飾，皆應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，用于測(cè)量化學(xué)或生物分子間相互作用，該方法主要在界面產(chǎn)生表面等離子體波時(shí)，測(cè)量?jī)上嗷ネ{(diào)關(guān)連、不同頻率的反射P1偏振光和P2偏振光，所產(chǎn)生外差干涉信號(hào)的振幅變化來(lái)計(jì)算出待測(cè)的物理量，該方法包括下列步驟(1)以一具有第一折射率的全反射裝置作為全反射用的基底，一具有第二折射率且規(guī)范一定厚度的金屬薄膜，其緊靠在該全反射裝置基底，同時(shí)在該金屬薄膜的另一面附著一化學(xué)或生物薄膜，其中該第二折射率低于該第一折射率；(2)調(diào)整并校正入射激光的角度使得表面等離子體波在該金屬薄膜和該化學(xué)或生物薄膜界面上產(chǎn)生表面等離子體波；(3)采用雙頻率且相互垂直線偏極化激光，其為P偏振光和S偏振光，并經(jīng)過(guò)一極化光元件組使得入射激光轉(zhuǎn)變成不同頻率且相互同調(diào)關(guān)連的P1偏振波和P2偏振波，P1和P2偏振激光經(jīng)全反射在金屬膜和化學(xué)薄膜界面上分別產(chǎn)生表面等離子體波，其反射P1′波和P2′波產(chǎn)生外差干涉信號(hào)，其拍頻等于該雙頻率的差頻；(4)相同載波頻率的參考光束和信號(hào)光束的光干涉信號(hào)通過(guò)帶通濾波器過(guò)濾，并將外差干涉信號(hào)輸入到鎖相放大器或振幅解調(diào)裝置中，可即時(shí)測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅及相位變化；以及(5)選擇適當(dāng)入射角度，也即在表面等離子體波產(chǎn)生的共振角附近，測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅大小及其隨時(shí)間的變化量或相位變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中雙頻率相互關(guān)連的P1波和P2波線偏極化激光，從以下方法所組成的族群中選擇(1)單頻率線偏極化激光結(jié)合相位調(diào)制器，極化光的組件，馬赫-策思德(Mach-Zehnder)干涉儀；(2)單頻率線偏極化激光結(jié)合固定驅(qū)動(dòng)頻率的電光調(diào)變器；(3)半導(dǎo)體激光配合電流調(diào)制的電源供應(yīng)器和極化光組件，組成馬赫-策思德(Mach-Zehnder)干涉儀；(4)雙頻率同調(diào)相關(guān)的P1偏振光和P2偏振光，可利用單頻率線偏極化半導(dǎo)體激光配合極化保持單模光纖和集成光學(xué)組件，相位調(diào)制器形成馬赫-策思德(Mach-Zehnder)干涉儀；以及(5)雙頻率同調(diào)相關(guān)的P1偏振光和P2偏振光亦可利用單頻率P波線偏極激光配合相位調(diào)變裝置形成邁克耳孫(Michelson)干涉儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中雙頻率相互垂直線偏極化激光可由雙頻率相互垂直圓偏極化激光取代，其極化光元件組為一P偏振的極化片，可產(chǎn)生不同頻率的P1偏振光和P2偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該全反射裝置可由光柵取代而產(chǎn)生表面等離子體波，入射的雙頻率線偏極化激光是先經(jīng)過(guò)透光的被測(cè)試薄膜再入射至金屬薄膜而在其界面上產(chǎn)生表面等離子體波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該物理量為待測(cè)物體的折射率及其變化量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該物理量為待測(cè)物體分子間的結(jié)合或分離反應(yīng)速率及其動(dòng)力學(xué)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其可經(jīng)過(guò)抗原抗體結(jié)合成為生物傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其可經(jīng)過(guò)化學(xué)作用成為化學(xué)傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其經(jīng)過(guò)測(cè)量信號(hào)光束和參考光束的外差干涉信號(hào)振幅大小的比值x＝(Ap′As′)/(ApAs)，而提高檢測(cè)靈敏度，以避免入射激光光強(qiáng)度的不穩(wěn)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中外差干涉信號(hào)的振幅大小可利用振幅解調(diào)裝置完成，可擴(kuò)充成為多信道外差干涉表面等離子體波感測(cè)系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中多信道外差干涉信號(hào)光束是由一維陣列光檢測(cè)器所接收，并分別由振幅解調(diào)裝置即時(shí)測(cè)量對(duì)應(yīng)的外差干涉信號(hào)的振幅變化，該雙頻率線偏極化激光束可利用柱形透鏡方式，以達(dá)到多信道感測(cè)所需要的平行光束。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其還包含利用不同方法產(chǎn)生雙頻率同調(diào)相關(guān)的P1波和P2波，在金屬薄膜界面上產(chǎn)生表面等離子體波和其反射的P1’波和P2’波，產(chǎn)生外差干涉信號(hào)及其振幅大小的測(cè)量方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中多信道外差干涉信號(hào)光束是由二維陣列光檢測(cè)器所接收，并分別由振幅解調(diào)裝置即時(shí)測(cè)量對(duì)應(yīng)的外差干涉信號(hào)的振幅變化，該雙頻率線偏極化激光束可利用激光擴(kuò)束透鏡組以達(dá)到多信道感測(cè)所需要的平行光束。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該極化光元件組包括λ/2玻片、λ/4玻片及極化片。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該激光是日曼(Zeeman)激光。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)方法，其中該全反射裝置是從棱鏡、光纖以及集成光學(xué)組件所組成的族群中選擇。
17.一種外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其用于測(cè)量化學(xué)或生物分子相互作用的物理量，其主要在界面產(chǎn)生表面等離子體波時(shí)測(cè)量?jī)上嗷ネ{(diào)關(guān)連、不同頻率的反射P1偏振光和P2偏振光，所產(chǎn)生外差干涉信號(hào)的振幅變化來(lái)計(jì)算出待測(cè)的物理量，該裝置包括一激光光源，用于產(chǎn)生激光；一極化光元件組，使得入射激光轉(zhuǎn)變成不同頻率且相互同調(diào)關(guān)連的P1偏振波和P2偏振波，P1和P2偏振激光經(jīng)全反射在金屬膜和化學(xué)薄膜界面上分別產(chǎn)生表面等離子體波，其反射P1′波和P2′波產(chǎn)生外差干涉信號(hào)，其拍頻等于雙頻率的差頻；一具有第一折射率的全反射裝置，一具有第二折射率且規(guī)范一定厚度的金屬薄膜，其緊靠于該全反射裝置基底，以及一化學(xué)或生物薄膜，其附著于該金屬薄膜的另一面；其中該第二折射率低于該第一折射率；一角度調(diào)整裝置，用于調(diào)整并校正入射激光的角度，使得表面等離子體波在該金屬薄膜和該化學(xué)或生物薄膜界面上產(chǎn)生表面等離子體波；一光檢測(cè)器，分別用于將一參考光束及一信號(hào)光束轉(zhuǎn)換成外差干涉信號(hào)；一帶通濾波器，用于將參考光束的外差干涉信號(hào)及信號(hào)光束的外差干涉信號(hào)過(guò)濾；以及一鎖相放大器或振幅調(diào)解裝置，可測(cè)量外差干涉信號(hào)的振幅及相位變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其中該極化光元件組包括λ/2玻片、λ/4玻片及極化片。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其中該激光是日曼(Zeeman)激光。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置，其中該全反射裝置從棱鏡、光纖以及集成光學(xué)組件所組成的族群中選擇。
全文摘要
本發(fā)明提出一種外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置和方法，利用雙頻率線偏極化穩(wěn)頻激光同時(shí)在金屬薄膜界面上產(chǎn)生兩個(gè)表面等離子體波，并通過(guò)測(cè)量反射的外差干涉光信號(hào)振幅大小，即時(shí)測(cè)量生物及化學(xué)材料分子間的相互作用，反應(yīng)速率和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等數(shù)據(jù)，本發(fā)明的外差干涉式表面等離子體波感測(cè)裝置與方法擁有高的檢測(cè)靈敏度和較大的線性檢測(cè)范圍。
文檔編號(hào)G01N21/21GK1393689SQ0112948
公開日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者周晟 申請(qǐng)人:周晟