一种提高表面等离子共振传感器灵敏度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测量技术领域，特别是涉及一种提高SPR(表面等离子体共振)传感器的灵敏度的方法，更具体的，涉及一种基于光谱响应曲线来提高SPR(表面等离子体共振)传感器的灵敏度的方法。
【背景技术】
[0002]表面等离子体共振(surface plasmon resonance,简写为SPR)传感方法是一种高灵敏、无需标记的传感方法，在生物、化学、环境、临床等领域有着广泛应用(ChemRev,2008，108:462 - 493)。
[0003]该方法利用专门的SPR激发装置(如棱镜斜面上镀一层金属膜)，通过检测反射光的强度、相位与波长、入射角的关系，能够以优于10 5至10 7(折射率单位，RIU)的分辨率检测金属膜表面的折射率变化，通过金属膜表面的功能膜，能够高精度地间接检测生物、化学分子等被测物的浓度变化。SPR传感器按照传感原理，可以分为强度型、相位型、光谱型、角度谱型(Review of Scientific instruments, 2011，82，0231009)。其中光谱型 SPR 由于结构简单、线性较好而得到广泛应用。
[0004]光谱型SPR传感器中，入射光为宽谱光，入射角为单一角度，用光谱解析装置测量得到的SPR激发装置的出射光谱，存在一个反射率接近于零的凹陷，这个凹陷所对应的波长称为SPR共振波长。SPR共振波长随着被测物折射率的改变而移动，因此光谱SPR传感器的灵敏度就是被测物的单位折射率变化所产生的SPR共振波长移动。
[0005]光谱型SPR传感器的理论灵敏度能够通过多层膜反射理论计算出，因此本领域的研究人员一般认为其灵敏度是由其SPR的膜层结构决定的。但是我们在研究中发现，除了SPR的膜层结构以外，光谱型SPR传感器的光谱响应曲线也会对实际系统的灵敏度产生影响。
【发明内容】
[0006]本发明提出一种提高光谱型SPR传感器灵敏度的方法，其能够进一步的提高SPR传感器的实际检测效果。
[0007]更具体的，本发明提出一种利用光源与探测器的光谱响应曲线来增大光谱型SPR传感器灵敏度的方法，该方法基于光谱响应曲线对光谱SPR灵敏度的影响，有利于提高SPR传感器的实际检测效果。
[0008]为了实现上述目的，本发明提出了一种提高SPR传感器灵敏度的方法，包含步骤:
[0009]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。
[0010]优选的，所述光源例如为卤钨灯、氙灯、LED ;
[0011]优选的，所述探测器例如为硅基(XD、CMOS、光电二极管阵列。
[0012]优选的，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。
[0013]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共振波长达到第一光谱响应曲线的允许最大波长值。
[0014]优选的，使在预设的折射率测量范围内，折射率最小值所对应的SPR共振波长处于第一光谱响应曲线的波长范围内。
[0015]步骤(2)可包含如下子步骤:
[0016]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波长范围内。
[0017]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；
[0018]优选的，预设步长为lnm、2nm、3nm或者5nm ；
[0019]步骤(2-C)、改变被测折射率到预设范围内的折射率最大值，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；若判断单元判断能正常检测出共振波长，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);
[0020]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预设步长。
[0021]优选的，在步骤(2-B)中，预设范围内折射率最小值所对应的SPR共振波长同时向长波长方向移动；在步骤(2-D)中，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。
[0022]步骤(3)，在步骤(2)调整结束后，直接选取当前选定的入射角作为SPR传感器的最终入射角。
[0023]优选的，在步骤(3)调整结束后采集当前数据，通过光谱解析装置测量到的原始光谱数据来检测当前SPR共振波长值，作为传感器输出数据，则当前的SPR传感器具有比调整前更大的灵敏度。
[0024]优选的，所述SPR传感器为光谱型SPR传感器。
[0025]优选的，通过更换样品来改变折射率。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]传统方法是按照以往的光谱测量方法，未考虑光谱响应曲线的影响或作用，通过得到的理论模拟SPR曲线进行折射率测量，从而决定了其SPR系统的灵敏度。和本发明按照有光谱响应曲线的影响或作用的实际SPR系统的灵敏度相对比，可以看到，在共振波长的不同位置，合适的光谱响应曲线都可以使系统的灵敏度增大，而且共振波长越长，增加的灵敏度越大。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本发明步骤的流程图。
[0030]图2是一个实际SPR系统的光谱响应曲线。
[0031]图3是具有图2光谱响应曲线的光谱型SPR传感器，在不同的入射角下的理论模拟(或理论计算)光谱曲线(1、2、3、4、5)，以及折射率增加相同数量后发生移动的理论模拟光谱曲线(1’、2’、3’、4’、5’)。
[0032]图4是实际上SPR系统得到的去除噪声后的SPR实测曲线，为图3中SPR理论模拟光谱曲线与图2中的光谱响应曲线的乘积。
[0033]图5是图3的理论SPR系统的灵敏度(放大前)和图4的实际SPR系统的灵敏度(放大后)。
[0034]图6是包含步骤(2)的具体调整步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]在SPR光谱测量中，探测器(例如线阵CCD)测量得到的原始实测光谱数据中，不仅包含SPR光谱信息，实际上还包含系统的光谱响应曲线(包括光源的光谱分布和探测器对不同波长的响应)。按照光谱测量领域的传统观点，通常的光谱测量仪器会把这个光源和探测器造成的光谱响应曲线从探测结果中去除，得到与光源和探测器无关的理论模拟光谱数据。
[0037]但是对于SPR传感器，重