要的是能够精确地判断SPR共振波长的位置,而实际测量的原始数据的噪声水平和灵敏度都会受到光谱响应曲线的影响,因此实际上需要带着光谱响应曲线来分析光谱型SPR传感器的测量结果。事实上SPR传感器的最重要性能指标一一“折射率分辨率”等于“共振波长的测量精确程度”(与噪声和SPR凹陷形状有关)除以“SPR传感器的灵敏度”,而这两者都被光谱响应曲线所影响。
[0038]实施例一
[0039]本发明实施例提供一种提高SPR传感器灵敏度的方法,包含步骤:
[0040]步骤(I),提供光源与探测器,获取所述光源与探测器的第一光谱响应曲线,其中,在该第一光谱响应曲线的波长范围内,光谱响应特性随波长增加而单调下降。
[0041]所述光源例如可以为卤钨灯、氙灯、LED,本实施例中选用卤钨灯(大恒光电GC1-060101M, 150W)。
[0042]所述探测器例如为硅基(XD、CMOS、光电二极管阵列,本实施例中选用硅基CXD相机(Qimaing QClick 1394)。
[0043]本实施例中所述SPR传感器为光谱型SPR传感器。
[0044]获取所述光源与探测器的整体光谱响应曲线,并在整体光谱响应曲线中选取第一光谱响应曲线;其中,整体光谱响应曲线分为第一光谱响应曲线和第二光谱响应曲线,其中第一光谱响应曲线为整体光谱响应曲线中光谱响应特性随波长增加而单调下降的部分,第二光谱响应曲线为整体光谱响应曲线中光谱响应特性随波长增加而并非单调下降的部分。
[0045]图2中提供了一个实际SPR系统中光源与探测器的光谱响应曲线,其中光源为卤钨灯(大恒光电GC1-060101M,150W),探测器为硅基CCD相机(Qimaing QClick 1394)。从图2中我们可以看到,在波长600-850nm范围内,光谱响应曲线是单调下降的。因此,我们选取波长600-850nm范围内的光谱响应曲线部分作为第一光谱响应曲线。
[0046]步骤(2),调整SPR传感器的入射角,使在预设折射率测量范围内,折射率最大值所对应的SPR共振波长为第一光谱响应曲线的允许最大波长值。
[0047]优选的,折射率最小值所对应的SPR共振波长在第一光谱响应曲线的波长范围内。
[0048]在本实施例中预设折射率测量范围[111,112],其中111〈112。本实施例中预设折射率测量范围1.33-1.34。本领域技术人员应当知晓的是,该预设折射率测量范围可以根据实际需求来选取,本发明并不限制在特定的唯一预设折射率测量范围。
[0049]优选的,可以通过更换样品来改变样品的折射率。例如,通过更换由葡萄糖溶液所配成的标准样品。
[0050]步骤(2)可包含如下子步骤:
[0051]步骤(2-A)、调整SPR传感器的入射角,使预设范围内折射率最大值所对应的SPR共振波长、预设范围内折射率最小值所对应的SPR共振波长移动到第一光谱响应曲线上的任一波长值;
[0052]步骤(2-B)、调整SPR传感器的入射角,使预设范围内折射率最大值所对应的SPR共振波长向长波长方向移动预设步长;优选的,预设步长为lnm、2nm、3nm、5nm、10nm或者20nm ;优选的,在折射率最大值所对应的SPR共振波长向长波长方向移动时,预设范围内折射率最小值所对应的SPR共振波长也同时向长波长方向移动;
[0053]步骤(2-C)、改变被测折射率到预设范围的最大值,由判断单元来判断SPR光谱曲线是否能正常检测出共振波长且该共振波长在第一光谱响应曲线的波长范围内;若判断单元判断能正常检测出共振波长且该共振波长在第一光谱响应曲线的波长范围内,则返回步骤(2-B),若判断单元判断不能正常检测出共振波长,则进入步骤(2-D);
[0054]步骤(2-D)、调整SPR传感器的入射角,使预设范围内折射率最大值所对应的SPR共振波长向短波长方向移动所述预设步长;优选的,在折射率最大值所对应的SPR共振波长向短波长方向移动时,预设范围内折射率最小值所对应的SPR共振波长同时向短波长方向移动。
[0055]如图3所示,具有上述光谱响应曲线的光谱型SPR传感器,在不同的入射角(第一入射角Φ1、第二入射角Φ2、第三入射角Φ3、第四入射角Φ4、第五入射角Φ5,其中Φ1>Φ2>Φ3>Φ4>Φ5)下,对应预设折射率范围内折射率最小值nl分别具有第一组理论模拟光谱曲线(1、2、3、4、5),以及折射率增加相同数量An(例如Δη = η2_η1)后,在相同的所述入射角Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、Φ5下,对应预设折射率范围内折射率最大值η2获得向长波方向发生移动的第二组理论模拟光谱曲线(1’、2’、3’、4’、5’)。
[0056]我们可以从图3中发生的SPR共振波长移动量(δ δ λ2、δ λ3、δ λ4、δ λ5,其中 δ δ λ2〈δ λ3〈δ λ4〈δ λ5,δ λ” δ λ2、δ λ3、δ λ4、δ λ5分别为折射率最大值η2所对应的第二组理论模拟光谱曲线1’、2’、3’、4’、5’的SPR共振波长值和折射率最小值nl所对应的第一组理论模拟光谱曲线1、2、3、4、5的SPR共振波长值之差)中可以看出,随着折射率n2与折射率nl所对应的SPR共振波长分别向长波长方向移动(从λλ 2— λ 3— λ 4— λ 5,从 λ/ — λ2’ 一 λ3’ 一 λ4’ 一 λ5’),相同的折射率变化A η所导致的SPR共振波长移动δ λ变得越来越大,即系统灵敏度随共振波长向长波长方向移动而提尚。
[0057]图3中是理论模拟的SPR共振曲线,而实际上SPR传感器得到的是该理论拟合SPR共振曲线与图2中光谱响应曲线的乘积,如图4。
[0058]比较图3和图4,我们可以看出,由于图2的光谱响应曲线在波长600-850nm范围内单调下降,图4中的实际测量得到的去噪后的SPR曲线的共振波长位置相对于图3中向长波长方向移动,且原来SPR共振波长越大的移动越大,因此图4中的由于折射率增加A η所导致的共振波长移动量(δ λ’ 1、δ λ’ 2、δ λ’ 3、δ λ’ 4、δ λ’ 5)也比图3中的大(δ λ Z δ λ,ρ δ λ 2〈 δ λ,2,δ λ 3〈 δ λ,3,δ λ 4〈 δ λ,4,δ λ 5〈 δ λ,5),即系统灵敏度因为光谱响应曲线而变大。因此,合适的光谱响应能够增大光谱SPR的灵敏度。
[0059]在入射角Φ I时,预设折射率范围内折射率边界值nl和n2分别对应SPR曲线I和I’,其中,折射率测量范围中折射率最小值nl对应SPR曲线1,最大值n2对应SPR曲线I ’,折射率边界值nl和n2所对应的两个SPR共振波长均可以检测出,且均位于第一光谱响应曲线的波长范围内(600-850nm),则可以看出,加入光谱响应曲线因素后的入射角Φ1时能够获得比图3未加入光谱响应曲线因素时更大的灵敏度。
[0060]在入射角Φ2时,预设折射率范围内折射率边界值nl和n2分别对应SPR曲线2和2’,其中,折射率测量范围中折射率最小值nl对应SPR曲线2,最大值n2对应SPR曲线2’,折射率边界值nl和n2所对应的两个SPR共振波长均可以检测出,且均位于第一光谱响应曲线的波长范围内(600-850nm),则可以看出,加入光谱响应曲线因素后的入射角Φ2时能够获得比图3未加入光谱响应曲线因素时更大的灵敏度。
[0061]在入射角Φ3时,预设折射率范围内折射率边界值nl和n2分别对应SPR曲线3和3’,其中,折射率测量范围中折射率最小值nl对应SPR曲线3,最大值n2对应SPR曲线3’,折射率边界值nl和n2所对应的两个SPR共振波长均可以检测出,且均位于第一光谱响应曲线的波长范围内(600-850nm),则