專利名稱：一種用于檢測流體中微量物質(zhì)的檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測器，具體是指一種用于檢測流體中微量物質(zhì)的檢測器。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，人們對化學(xué)品和新材料的使用越來越頻繁，僅美國化學(xué)文摘登錄的化學(xué)品數(shù)目就已經(jīng)超過1800萬種，估計進入環(huán)境的已有10萬種，其中有不少是破壞生態(tài)平衡、危害人體健康的有毒有害物質(zhì)，甚至威脅人類生存的致癌、致畸變、致突變的物質(zhì)，而且有的物質(zhì)致病量很低，只要有很少量的存在，就能對人體產(chǎn)生極大的危害。另外，為了診斷傳染病中的細(xì)菌、病毒、螺旋體等抗原或抗體，例如血清中HIV抗體、血清中超微量活性物質(zhì)胰島素、生長激素、甲狀腺素、孕酮等激素，酶、蛋白質(zhì)、DNA等活性物質(zhì)，以及嗎啡、地高辛等藥物，迫切需要高效可靠的流體中微量物質(zhì)檢測技術(shù)的有力支持。因此，微量物質(zhì)檢測技術(shù)對疾病的診斷和治療具有重要的現(xiàn)實意義。
然而，微量物質(zhì)檢測的最大難點就是待檢物質(zhì)的含量極少，其信號非常微弱，難以直接進行檢測。通常的做法有兩類，一類是根據(jù)待檢物質(zhì)的特性，通過將待檢物質(zhì)與標(biāo)記物甚至是放射性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，然后測量所生成產(chǎn)物的某種特性來實現(xiàn)對其檢測的，這類方法主要有免疫熒光法、酶免疫測定、放射免疫測定法、化學(xué)發(fā)光免疫分析、免疫印跡法等；另一類是通過人工合成復(fù)制等方式來增加待檢物質(zhì)的量，以增強其檢測信號，從而達(dá)到檢測的目的。但以上各種方法均受到檢測原理的限制，前者只能檢測那些能夠與標(biāo)記物發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，對于與標(biāo)記物無相互作用的物質(zhì)則無能為力，大多靈敏度不夠高，而且待檢物質(zhì)大多都具有生物活性，與標(biāo)記物反應(yīng)后其生物活性是否改變、能否客觀反映待檢物質(zhì)本身的特性都不得而知；后者雖然可以通過待檢物質(zhì)量的增加來達(dá)到增強檢測信號的目的，但目前還無法合成出具有生物活性的分子，因此這種方法也不能完全客觀地反映出生物活性物質(zhì)本身的特性。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述傳統(tǒng)檢測手段存在的不足，本發(fā)明的目的是提出一種既能靈敏檢測，又能客觀反映待檢物質(zhì)本身特性的檢測器。
本發(fā)明的檢測器包括樣品室1、帶通濾光片2和二個紅外探測器3。帶通濾光片位于樣品室和二個紅外探測器之間，帶通濾光片的作用是濾去檢測波段以外的光信號，以減小干擾和噪聲。兩個紅外探測器分別接收來自樣品室的經(jīng)過帶通濾光片濾波的檢測信號和參考信號。所說的樣品室由二片襯底101 102，二片襯底的一表面各鍍有完全相同的無序型膜系103，在二無序型膜系之間的邊緣粘有高分子聚合物材料制成的微米小球膠104，使其固定成一體，中間形成一腔體105。二片襯底中的一片襯底上刻有凹槽，無序型膜系是鍍在有凹槽的一面上的，凹槽106的深度和微米小球膠104的直徑根據(jù)被檢測流體樣品的檢測波段而定。
所說的腔體105底部為弧形，即微米小球膠104在腔體底部按弧形軌跡排列，這種結(jié)構(gòu)的腔體可以非常方便地、無殘留地將流體樣品排出，而且非常有利于對樣品室的清洗。腔體的上面開有二個用于被檢測流體樣品進入腔體的小孔(107)，腔體的底部開有一個用于被檢測流體樣品排出腔體的小孔109。
所說的無序型膜系是由低折射率的硫化鋅(ZnS)薄層和高折射率的碲化鉛(PbTe)膜層交替疊層至少12次構(gòu)成的，每一膜層的厚度是隨機漲落的層厚。
本發(fā)明的樣品室是基于F-P干涉原理設(shè)計的，它相當(dāng)于可以起諧振作用的雙通道濾光片。由于一片襯底上刻有凹槽，槽內(nèi)區(qū)域和槽外區(qū)域就產(chǎn)生高度差，使槽內(nèi)區(qū)域與槽外區(qū)域分別處于不同的帶通峰位，其中一個帶通峰位為被檢測流體樣品的特征吸收峰位，另一個帶通峰位為被檢測流體樣品的非吸收峰位，也叫參考峰位。
本發(fā)明的檢測器的工作過程是先測量當(dāng)樣品室腔體中不存在流體樣品時的二個通道的透射峰強度，然后再測腔體中存在流體樣品時的透射譜強度，由于流體樣品的存在，被檢測流體樣品的通道會產(chǎn)生強烈吸收使得透過率下降，而參考峰位通道處的光不被吸收，導(dǎo)致兩個透射峰相對強度的變化，從兩個透射峰相對強度的變化就可以測出被檢測樣品的含量，這種結(jié)構(gòu)對被檢測樣品的響應(yīng)具有唯一性。另外，由于樣品處于超窄帶通濾光片的諧振腔內(nèi)，入射光在諧振腔內(nèi)的場強非常強，如圖6所示，而且光路的不斷來回震蕩會使得樣品對光的吸收不斷增強，起到了對信號的有效增強作用，從而使檢測信號得到極大加強，因此可以大大地提高檢測靈敏度。這種諧振腔的增強效應(yīng)如同對樣品的自復(fù)制作用，但同時又與傳統(tǒng)意義上自復(fù)制的方法完全不同傳統(tǒng)的自復(fù)制方法是將所得到的極少量的待檢物質(zhì)，比如DNA等，通過化學(xué)合成或其他方法使待檢物質(zhì)的量得以增加，使得光通過待檢測物質(zhì)時對光吸收的量增大，從而形成對檢測信號的增強。這種通過待檢物質(zhì)的量增加的方式來增強檢測信號一方面是比較復(fù)雜，另一方面很可能復(fù)制出來的物質(zhì)與原來的物質(zhì)已有差別，比如化學(xué)活性等，對于生物、醫(yī)學(xué)中的蛋白質(zhì)、酶等尤為重要，使得檢測出來的結(jié)果不能完全反映出待檢樣品的真實信息。而我們提出的自復(fù)制方式完全不改變待檢樣品，只通過檢測光多次來回經(jīng)過待檢樣品，大幅度增加檢測光的有效光程，使待檢樣品對檢測光的吸收極大地增強，從而達(dá)到在保持待檢樣品原始狀態(tài)的基礎(chǔ)上，大大增強檢測信號的目的，對那些極難獲取的微量物質(zhì)的檢測特別有用。
因此，本發(fā)明的檢測器的最大優(yōu)點是既能靈敏檢測，又能客觀反映待檢物質(zhì)本身的特性，而且對待檢物質(zhì)的響應(yīng)具有唯一性。


圖1為檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為樣品室的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為樣品室的立體示意圖，圖中的虛線為微米小球膠的粘接軌跡；圖4a為襯底剖面示意圖，圖4b為襯底平面圖；圖5為糖尿病患者和健康人的尿樣紅外光譜圖；圖6為波長1037cm-1的光通過樣品室時的場強分布圖，圖中陰影區(qū)域為諧振腔位置，即樣品室。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細(xì)說明以醫(yī)學(xué)上常見的糖尿病檢測為例，糖尿病患者尿樣中含有葡萄糖，而健康人尿樣中沒有，二者容易區(qū)分，通常都是通過檢測尿樣中是否含有葡萄糖來確診的，其紅外光譜如圖5所示。從圖中可見，糖尿病患者尿樣在1366cm-1處和1037cm-1處都有明顯的區(qū)別于健康人的葡萄糖特征吸收峰，1037cm-1處的尤為明顯(引自《紅外光譜在有機化學(xué)和藥物化學(xué)中的應(yīng)用》謝晶曦，常俊標(biāo)，王緒明編著，科學(xué)出版社，2001年，第487頁)。因此我們將檢測峰位設(shè)計在1037cm-1處，參考峰位設(shè)計在檢測峰位附近的非吸收區(qū)即可，本實施例設(shè)計在950cm-1。由此確定凹槽深度0.89μm，小球膠直徑取略大于檢測峰波長為9.75μm。
1.襯底的制備襯底材料為硅，大小為樣品室的二倍，其一半為襯底101，另一半為襯底102，襯底102的一部分利用成熟的離子刻蝕工藝刻蝕凹槽106。
2.無序型膜系的制備在帶有凹槽的整個襯底上通過真空鍍膜方法鍍制無序型膜系103，所說的無序型膜系103是由低折射率的硫化鋅膜層和高折射率的碲化鉛膜層交替疊層至少12次構(gòu)成的，每一膜層的厚度是隨機漲落的層厚，其產(chǎn)生方法首先以每層材料光學(xué)厚度的1/4中心波長9.64μm處為參考點，形成每層光學(xué)厚度均為1/4波長的膜系，然后對每層的光學(xué)厚度作一個隨機漲落的變化，其產(chǎn)生方法請見中國專利號01139082.4。最后形成如表1所示的硫化鋅與碲化鉛經(jīng)過隨機漲落后的層厚。然后在襯底上，按表1中序號次序，從序號最大的第24層開始鍍膜，依次鍍到第1層。由于本發(fā)明中提出的無序型膜系對膜系中各層膜厚的控制精度要求不高，因此即便是很普通的通?？刂凭冗_(dá)5％的熱蒸發(fā)鍍膜機也能鍍制?？紤]到被測流體對膜層可能會有腐蝕性，因此膜系鍍好后再鍍一層金剛石保護膜108。
3.樣品室的裝配將鍍好無序型膜系的襯底按圖4中的虛線一分為二，形成襯底101和襯底102，然后在二無序型膜系之間按圖3所示的微米小球膠的粘接軌跡粘上高分子聚合物材料制成的微米小球膠104，使其粘接固定成一體，中間形成一腔體，腔體上面留有二個用于被檢測流體樣品方便地進入腔體和流出腔體的小孔107。由于微米小球膠是由粒度均勻的塑料小球組成，在壓力的作用下會鋪展成單層結(jié)構(gòu)，此時上下兩片之間的距離就是微米小球膠的直徑或微米小球膠直徑加凹槽的深度，通過調(diào)節(jié)壓力使得微米小球膠發(fā)生形變，從而將上下兩片之間的距離調(diào)節(jié)到設(shè)計的二個帶通峰位，然后加熱使膠定型，固定上下兩片之間的距離，即構(gòu)成了本發(fā)明的樣品室。
表1

權(quán)利要求
1.一種用于檢測流體中微量物質(zhì)的檢測器，包括樣品室(1)、帶通濾光片(2)和二個紅外探測器(3)，帶通濾光片位于樣品室和二個紅外探測器之間，其特征在于所說的樣品室由二片襯底(101、102)，二片襯底的一表面各鍍有完全相同的無序型膜系(103)，在二無序型膜系之間的邊緣粘有高分子聚合物材料制成的微米小球膠(104)，使其固定成一體，中間形成一腔體(105)；二片襯底中的一片襯底上刻有凹槽，無序型膜系是鍍在有凹槽的一面上的，凹槽106的深度和微米小球膠104的直徑根據(jù)被檢測流體樣品的檢測波段而定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于檢測流體中微量物質(zhì)的檢測器，其特征在于所說的腔體(105)底部為弧形，即微米小球膠(104)在腔體底部按弧形軌跡排列，腔體的上面開有二個用于被檢測流體樣品進入腔體的小孔(107)，腔體的底部開有一個用于被檢測流體樣品排出腔體的小孔(109)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于檢測流體中微量物質(zhì)的檢測器，其特征在于所說的無序型膜系是由低折射率的硫化鋅薄層和高折射率的碲化鉛膜層交替疊層至少12次構(gòu)成的，每一膜層的厚度是隨機漲落的層厚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測流體中微量物質(zhì)的檢測器，該檢測器包括樣品室、帶通濾光片和二個紅外探測器。樣品室是基于F－P干涉原理設(shè)計的，它相當(dāng)于可以起諧振作用的雙通道濾光片。其中一個通道設(shè)計位為被檢測流體樣品的特征吸收峰位，另一個通道設(shè)計為被檢測流體樣品的非吸收峰位，也叫參考峰位，根據(jù)兩個透射峰相對強度的變化就可以測出被檢測樣品的含量，這種結(jié)構(gòu)對被檢測樣品的響應(yīng)具有唯一性，并且檢測靈敏度高。
文檔編號G01N21/27GK1580741SQ20041001848
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月20日
發(fā)明者陸衛(wèi), 王少偉, 陳效雙, 李寧, 李志鋒, 季亞林 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所