专利名称：一种用于检测流体中微量物质的检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测器，具体是指一种用于检测流体中微量物质的检测器。
背景技术：
随着社会的发展和技术的进步，人们对化学品和新材料的使用越来越频繁，仅美国化学文摘登录的化学品数目就已经超过1800万种，估计进入环境的已有10万种，其中有不少是破坏生态平衡、危害人体健康的有毒有害物质，甚至威胁人类生存的致癌、致畸变、致突变的物质，而且有的物质致病量很低，只要有很少量的存在，就能对人体产生极大的危害。另外，为了诊断传染病中的细菌、病毒、螺旋体等抗原或抗体，例如血清中HIV抗体、血清中超微量活性物质胰岛素、生长激素、甲状腺素、孕酮等激素，酶、蛋白质、DNA等活性物质，以及吗啡、地高辛等药物，迫切需要高效可靠的流体中微量物质检测技术的有力支持。因此，微量物质检测技术对疾病的诊断和治疗具有重要的现实意义。
然而，微量物质检测的最大难点就是待检物质的含量极少，其信号非常微弱，难以直接进行检测。通常的做法有两类，一类是根据待检物质的特性，通过将待检物质与标记物甚至是放射性物质发生反应，然后测量所生成产物的某种特性来实现对其检测的，这类方法主要有免疫荧光法、酶免疫测定、放射免疫测定法、化学发光免疫分析、免疫印迹法等；另一类是通过人工合成复制等方式来增加待检物质的量，以增强其检测信号，从而达到检测的目的。但以上各种方法均受到检测原理的限制，前者只能检测那些能够与标记物发生反应的物质，对于与标记物无相互作用的物质则无能为力，大多灵敏度不够高，而且待检物质大多都具有生物活性，与标记物反应后其生物活性是否改变、能否客观反映待检物质本身的特性都不得而知；后者虽然可以通过待检物质量的增加来达到增强检测信号的目的，但目前还无法合成出具有生物活性的分子，因此这种方法也不能完全客观地反映出生物活性物质本身的特性。
发明内容
基于上述传统检测手段存在的不足，本发明的目的是提出一种既能灵敏检测，又能客观反映待检物质本身特性的检测器。
本发明的检测器包括样品室1、带通滤光片2和二个红外探测器3。带通滤光片位于样品室和二个红外探测器之间，带通滤光片的作用是滤去检测波段以外的光信号，以减小干扰和噪声。两个红外探测器分别接收来自样品室的经过带通滤光片滤波的检测信号和参考信号。所说的样品室由二片衬底101 102，二片衬底的一表面各镀有完全相同的无序型膜系103，在二无序型膜系之间的边缘粘有高分子聚合物材料制成的微米小球胶104，使其固定成一体，中间形成一腔体105。二片衬底中的一片衬底上刻有凹槽，无序型膜系是镀在有凹槽的一面上的，凹槽106的深度和微米小球胶104的直径根据被检测流体样品的检测波段而定。
所说的腔体105底部为弧形，即微米小球胶104在腔体底部按弧形轨迹排列，这种结构的腔体可以非常方便地、无残留地将流体样品排出，而且非常有利于对样品室的清洗。腔体的上面开有二个用于被检测流体样品进入腔体的小孔(107)，腔体的底部开有一个用于被检测流体样品排出腔体的小孔109。
所说的无序型膜系是由低折射率的硫化锌(ZnS)薄层和高折射率的碲化铅(PbTe)膜层交替叠层至少12次构成的，每一膜层的厚度是随机涨落的层厚。
本发明的样品室是基于F-P干涉原理设计的，它相当于可以起谐振作用的双通道滤光片。由于一片衬底上刻有凹槽，槽内区域和槽外区域就产生高度差，使槽内区域与槽外区域分别处于不同的带通峰位，其中一个带通峰位为被检测流体样品的特征吸收峰位，另一个带通峰位为被检测流体样品的非吸收峰位，也叫参考峰位。
本发明的检测器的工作过程是先测量当样品室腔体中不存在流体样品时的二个通道的透射峰强度，然后再测腔体中存在流体样品时的透射谱强度，由于流体样品的存在，被检测流体样品的通道会产生强烈吸收使得透过率下降，而参考峰位通道处的光不被吸收，导致两个透射峰相对强度的变化，从两个透射峰相对强度的变化就可以测出被检测样品的含量，这种结构对被检测样品的响应具有唯一性。另外，由于样品处于超窄带通滤光片的谐振腔内，入射光在谐振腔内的场强非常强，如图6所示，而且光路的不断来回震荡会使得样品对光的吸收不断增强，起到了对信号的有效增强作用，从而使检测信号得到极大加强，因此可以大大地提高检测灵敏度。这种谐振腔的增强效应如同对样品的自复制作用，但同时又与传统意义上自复制的方法完全不同传统的自复制方法是将所得到的极少量的待检物质，比如DNA等，通过化学合成或其他方法使待检物质的量得以增加，使得光通过待检测物质时对光吸收的量增大，从而形成对检测信号的增强。这种通过待检物质的量增加的方式来增强检测信号一方面是比较复杂，另一方面很可能复制出来的物质与原来的物质已有差别，比如化学活性等，对于生物、医学中的蛋白质、酶等尤为重要，使得检测出来的结果不能完全反映出待检样品的真实信息。而我们提出的自复制方式完全不改变待检样品，只通过检测光多次来回经过待检样品，大幅度增加检测光的有效光程，使待检样品对检测光的吸收极大地增强，从而达到在保持待检样品原始状态的基础上，大大增强检测信号的目的，对那些极难获取的微量物质的检测特别有用。
因此，本发明的检测器的最大优点是既能灵敏检测，又能客观反映待检物质本身的特性，而且对待检物质的响应具有唯一性。
图1为检测器的结构示意图；图2为样品室的剖面结构示意图；图3为样品室的立体示意图，图中的虚线为微米小球胶的粘接轨迹；图4a为衬底剖面示意图，图4b为衬底平面图；图5为糖尿病患者和健康人的尿样红外光谱图；图6为波长1037cm-1的光通过样品室时的场强分布图，图中阴影区域为谐振腔位置，即样品室。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明以医学上常见的糖尿病检测为例，糖尿病患者尿样中含有葡萄糖，而健康人尿样中没有，二者容易区分，通常都是通过检测尿样中是否含有葡萄糖来确诊的，其红外光谱如图5所示。从图中可见，糖尿病患者尿样在1366cm-1处和1037cm-1处都有明显的区别于健康人的葡萄糖特征吸收峰，1037cm-1处的尤为明显(引自《红外光谱在有机化学和药物化学中的应用》谢晶曦，常俊标，王绪明编著，科学出版社，2001年，第487页)。因此我们将检测峰位设计在1037cm-1处，参考峰位设计在检测峰位附近的非吸收区即可，本实施例设计在950cm-1。由此确定凹槽深度0.89μm，小球胶直径取略大于检测峰波长为9.75μm。
1.衬底的制备衬底材料为硅，大小为样品室的二倍，其一半为衬底101，另一半为衬底102，衬底102的一部分利用成熟的离子刻蚀工艺刻蚀凹槽106。
2.无序型膜系的制备在带有凹槽的整个衬底上通过真空镀膜方法镀制无序型膜系103，所说的无序型膜系103是由低折射率的硫化锌膜层和高折射率的碲化铅膜层交替叠层至少12次构成的，每一膜层的厚度是随机涨落的层厚，其产生方法首先以每层材料光学厚度的1/4中心波长9.64μm处为参考点，形成每层光学厚度均为1/4波长的膜系，然后对每层的光学厚度作一个随机涨落的变化，其产生方法请见中国专利号01139082.4。最后形成如表1所示的硫化锌与碲化铅经过随机涨落后的层厚。然后在衬底上，按表1中序号次序，从序号最大的第24层开始镀膜，依次镀到第1层。由于本发明中提出的无序型膜系对膜系中各层膜厚的控制精度要求不高，因此即便是很普通的通常控制精度达5％的热蒸发镀膜机也能镀制。考虑到被测流体对膜层可能会有腐蚀性，因此膜系镀好后再镀一层金刚石保护膜108。
3.样品室的装配将镀好无序型膜系的衬底按图4中的虚线一分为二，形成衬底101和衬底102，然后在二无序型膜系之间按图3所示的微米小球胶的粘接轨迹粘上高分子聚合物材料制成的微米小球胶104，使其粘接固定成一体，中间形成一腔体，腔体上面留有二个用于被检测流体样品方便地进入腔体和流出腔体的小孔107。由于微米小球胶是由粒度均匀的塑料小球组成，在压力的作用下会铺展成单层结构，此时上下两片之间的距离就是微米小球胶的直径或微米小球胶直径加凹槽的深度，通过调节压力使得微米小球胶发生形变，从而将上下两片之间的距离调节到设计的二个带通峰位，然后加热使胶定型，固定上下两片之间的距离，即构成了本发明的样品室。
表1
权利要求
1.一种用于检测流体中微量物质的检测器，包括样品室(1)、带通滤光片(2)和二个红外探测器(3)，带通滤光片位于样品室和二个红外探测器之间，其特征在于所说的样品室由二片衬底(101、102)，二片衬底的一表面各镀有完全相同的无序型膜系(103)，在二无序型膜系之间的边缘粘有高分子聚合物材料制成的微米小球胶(104)，使其固定成一体，中间形成一腔体(105)；二片衬底中的一片衬底上刻有凹槽，无序型膜系是镀在有凹槽的一面上的，凹槽106的深度和微米小球胶104的直径根据被检测流体样品的检测波段而定。
2.根据权利要求1的一种用于检测流体中微量物质的检测器，其特征在于所说的腔体(105)底部为弧形，即微米小球胶(104)在腔体底部按弧形轨迹排列，腔体的上面开有二个用于被检测流体样品进入腔体的小孔(107)，腔体的底部开有一个用于被检测流体样品排出腔体的小孔(109)。
3.根据权利要求1的一种用于检测流体中微量物质的检测器，其特征在于所说的无序型膜系是由低折射率的硫化锌薄层和高折射率的碲化铅膜层交替叠层至少12次构成的，每一膜层的厚度是随机涨落的层厚。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测流体中微量物质的检测器，该检测器包括样品室、带通滤光片和二个红外探测器。样品室是基于F－P干涉原理设计的，它相当于可以起谐振作用的双通道滤光片。其中一个通道设计位为被检测流体样品的特征吸收峰位，另一个通道设计为被检测流体样品的非吸收峰位，也叫参考峰位，根据两个透射峰相对强度的变化就可以测出被检测样品的含量，这种结构对被检测样品的响应具有唯一性，并且检测灵敏度高。
文档编号G01N21/27GK1580741SQ20041001848
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月20日 优先权日2004年5月20日
发明者陆卫, 王少伟, 陈效双, 李宁, 李志锋, 季亚林 申请人:中国科学院上海技术物理研究所