[发明专利]成像式光微流体传感装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及各种基于光微谐振传感的多通道复用技术领域，尤其是光微流体传感的空分复用，属于光生物和化学传感技术。

背景技术

基于微谐振光学技术的无标记生物传感器直接测量分子相互作用，能实现生物分子相互作用的实时观察，由于无需待测分析物具有荧光、特征吸收或散射带等特殊性质，测量对象范围大大扩展，可探测毒素、蛋白质、DNA，甚至整个细胞行为，从而为医学诊断、药品研制、食物监测、环境监测等领域提供了有力的分析工具。

光微流体谐振腔利用全反射将光完全约束在微腔内，形成驻波而产生回音壁谐振模(Whisper Gallery Mode，WGM)，由于是全反射，泄漏损耗非常小，因而能以很小的尺寸获得很高的Q值，Q值可高达10¹⁰。当附在微腔表面的待测物浓度变化引起折射率变化时，谐振腔的有效折射率将产生变化，从而引起谐振波长漂移。通过检测波长漂移，即可检测出待测物浓度变化。球形、环形和柱形是光微谐振腔的常见几何形状。

目前微谐振腔光学传感器仍无法实现高通量快速测量。然而在生物和化学传感检测发展中，实现标准的96井或384井的高通量快速测量是生物光学传感器能够真正应用和发挥其优势的前提，因此设计新型的光微流体测量方案很关键。

发明内容

本发明的目的是解决上述微谐振传感复用技术仍无法实现高通量快速测量的问题，提供一种成像式光微流体传感装置及方法。

本发明提供的成像式光微流体传感装置，包括：

可调谐激光光源：用于输出波长可连续变化的激光，可调谐激光光源为可调谐激光二极管或可调谐光纤激光器；

准直透镜：用于将可调谐激光光源产生的发散光转变为平行的线光束或者面光束，准直透镜为柱面镜或球面镜；

入射角调整架：可调谐激光光源和准直透镜安装在入射角调整架上，用于调整平行的线光束或者面光束的入射光角度；

反射棱镜：使入射角大于全反射临界角的入射光经反射棱镜的入射面入射后，在棱镜的反射面产生全反射，使一部分入射光通过消逝场耦合到光微流体谐振腔阵列中产生谐振，并将携带谐振模波长信息的反射光经棱镜的出射面照射到阵列式光电探测器中；

光微流体谐振腔阵列：包括三种实现方式，(1)单根微管沿轴向的不同部位构成的一维光微流体谐振腔阵列，(2)多根微管并排构成的一维光微流体谐振腔阵列，(3)前两者组合构成的二维光微流体谐振腔阵列；每一个光微流体谐振腔固化不同的生物检测试剂，满足谐振条件的光在光微流体谐振腔内发生谐振；

微透镜阵列：用于将来自每个光微流体谐振腔单元的光线汇聚到阵列式光电探测器的相应像素单元，包括线阵和面阵微透镜阵列；

阵列式光电探测器：用于记录光微流体谐振腔阵列的光信号，包括线阵和面阵阵列式光电探测器。光电探测器结构包括CCD阵列、CMOS阵列和InGaAs阵列；

信号控制与处理单元：控制可调谐激光光源的波长调谐和阵列式光电探测器的采集动作，并对连续调谐激光输出波长时阵列式光电探测器记录下的多帧图像进行处理，将阵列式光电探测器每个像素按接收的时间串行提取处理，并转换成随波长变化的强度信息，从而探测出各个像素所对应的光微流体谐振腔的谐振波长。

在所述的装置中，可调谐光源的中心工作波长范围600nm-1600nm；反射棱镜采用高折射率光学材料制作，如重火石玻璃ZF13；构成光微流体谐振腔阵列的微管外径在20μm-400μm，壁厚在1μm-100μm。可调谐光源的中心工作波长范围在600nm-1100nm时，阵列式光电探测器采用CCD阵列和CMOS阵列；可调谐光源的中心工作波长范围在1100nm-1600nm时，阵列式光电探测器采用InGaAs阵列。

本发明的主要特点是：利用阵列式探测器和可调谐激光光源实现光微流体谐振腔阵列的空间传感查询，从而实现光微流体谐振传感的空分复用。

本发明同时提供了一种基于上述装置的成像式光微流体传感方法，该方法的具体过程如下：

第1、由可调谐激光光源发出的光经准直透镜后变成平行光束，调整入射角调整架，使该平行光束经反射棱镜的入射面，入射到反射棱镜的反射面，并且入射角大于全反射临界角，在反射棱镜的反射面发生全反射；