CN109791106A - 光学传感装置、制造光学传感装置的方法及光学感测方法 - Google Patents

光学传感装置、制造光学传感装置的方法及光学感测方法 Download PDF

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Abstract

各实施例可以提供基于表面等离子共振(SPR)的光学传感装置。所述光学传感装置可包括：光学装置，用于提供第一偏振光束和第二偏振光束；第一光学构件，包括感测表面；所述第一光学构件用于接收第一和第二偏振光束并在感测表面处反射第一偏振光书和第二偏振光束。所述光学传感装置还可包括第二光学构件，所述第二光学构件用于接收来自第一光学构件反射的第一偏振光束和第二偏振光束，并分别在第一方向和第二方向上分离反射的第一偏振光束和第二偏振光束。另外，所述光学装置还可包括检测器装置，所述检测器装置用于检测来自第二光学构件反射的第一偏振光束和第二偏振光束。

Description

光学传感装置、制造光学传感装置的方法及光学感测方法
本申请求2016年7月20日提交的新加坡申请No.10201605957P的优先权，其内容以引用的方式将其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及光学传感装置、制造光学传感装置的方法和/或光学传感的方法。
背景技术
近来，蛋白质生物标志物已经获得了广泛的研究关注。通过检测患者样品中的蛋白质生物标志物表达水平，可以进行早期疾病诊断和治疗效果评估。迄今为止，已报道了一些用于癌症，心脏病和传染病的蛋白质生物标志物。蛋白质生物标记物的活性和结合动力学的特性是之能进行结构分析，筛选检查及前导优化。
用于生物标记物检测的最常用的检测方法是质谱法，二维(2D)蛋白质免疫印迹，2D凝胶电泳和酶联免疫吸附测定(ELISA)。此外，微阵列技术最近也成为生物标志物分析的有效替代方案。抗体微阵列检测的常用策略包括直接靶标记，夹心测定和竞争性吸附测定，其中在检测过程中需要荧光标记、第二抗体或酶。抗体阵列检测中的每个阵列元件需要不同的荧光标记分子或第二抗体。虽然质谱法，2D蛋白质免疫印迹，2D凝胶电泳和ELISA检测方法可以确定蛋白质和其他分子之间是否存在相互作用，但它们没有提供关于相互作用的结合动力学的进一步信息，而这些信息这对于确定药物功效是重要的。此外，这些方法需要长时间的检测和制备过程。
SPR(表面等离子体共振)是用于检测生物分子相互作用(例如蛋白质-蛋白质相互作用)的灵敏的无标记替代物。SPR测量在金感应表面发生的蛋白质与蛋白质之间相互关系的折射率变化。除了提供快速检测的实时反应外，SPR还提供有关蛋白质与蛋白质之间结合平衡和动力学的信息。基于共同强度的SPR传感器依赖于共振时SPR吸收最小波长的偏移所产生的强度变化。然而，这种传感器只能以10-5的折射率单位(RIU)提供有限的传感器分辨率。
发明内容
本发明实施例可以提供基于SPR的光学传感装置。所述光学传感装置包括光学装置，所述光学装置用于提供第一偏振光束和第二偏振光束。所述光学传感装置还可包括第一光学构件，所述第一光学构件包括感测表面，所述第一光学构件用于接收所述第一偏振光束和所述第二偏振光束并在所述感测表面处反射所述第一偏振光束和所述第二偏振光束。所述光学传感装置还可包括第二光学构件，所述第二光学构件用于接收来自所述第一光学构件的所述第一偏振和所述第二偏振光束的反射光束，及分别在第一方向和第二方向上分别反射所述第一偏振光束和所述第二偏振光束。所述光学传感装置还可以包括检测器装置，所述检测器装置用于检测来自所述第二光学构件反射的所述第一偏振和所述第二偏振光束的反射光束。
本发明实施例还提供了一种基于SPR的制造光学传感装置的方法。该方法包括：提供光学装置，所述光学装置用于提供第一偏振光束和第二偏振光束。该方法还可以包括：提供第一光学构件，所述第一光学构建包括感测表面，所述第一光学构建用于接收所述第一偏振光束和所述第二偏振光束并在所述感测表面处反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。所述方法还可以包括：提供第二光学构件，所述第二光学构件用于接收来自所述第一光学构件的反射的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束及分别在第一方向和第二方向上分别反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。所述方法还可以包括提供检测器装置，所述检测器装置用于检测从所述第二光学构件反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。
本发明实施例还提供了基于SPR的光学感测方法。所述方法包括：在第一光学构件上提供样品，所述第一光学构件包括在其上提供所述样品的感测表面。所述方法还可以包括：通过光学装置将第一偏振光束和第二偏振光束提供给所述第一光学构件。所述方法还可以包括：在感测表面处反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束，以提供反射的所述第一偏振光束和反射的所述第二偏振光束。该方法还可以包括：通过第二光学构件从第一光学构件接收分别接收反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。所述方法还可以包括通过检测器装置检测来自所述第二光学构件反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。
附图说明
当结合非限制性示例和附图考虑时，参考附图详细说明将更好地理解本发明，其中：
图1提供了根据各种实施例的基SPR的光学传感装置的示意图。
图2提供了根据各种实施例的基SPR制造光学传感装置的方法的流程图。
图3提供了根据各种实施例的基于SPR的光学感测方法的流程图。
图4示出了根据各种实施例的光学感测装置的示意图。
图5示出了根据各种实施例的来自感测信号和参考信号的图像，其中不同浓度的盐溶液被引入到感测表面。
图6是作为折射率(RIU(折射率单位))的函数的强度差值(au(任意单位))的曲线图，其示出了根据各种实施方案的装置的SPR响应曲线随盐浓度的变化。溶液浓度从约0％变化至约5％。
图7是作为时间(以分钟计)的函数的强度差值(au)的曲线图，其示出了根据具有约2％盐溶液注入的各种实施方案的装置的测量稳定性的显示结果。
图8A是根据各种实施方案的作为时间(以分钟计)的函数的强度(以0至255的任意)的曲线图，其显示关于H3N2抗原-抗体结合检测的实验结果。
图8B是作为时间(以分钟计)的函数的强度(以0至255的任意)的曲线图，其显示了根据各种实施方案的DNA(脱氧核糖核酸)-DNA结合检测的实验结果。
图8C是作为时间(以分钟计)的函数的强度(以0至255的任意)的曲线图，其显示了对HAS(人血清白蛋白)的实验结果-根据各种实施方案对与华法林结合的检测。
具体实施方式
以下详细描述参考附图，附图通过图示的方式示出了可以实践本发明的具体细节和实施例。足够详细地描述了这些实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明。可以利用其他实施例并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构和逻辑改变。各种实施例不一定是相互排斥的，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。
在文中描述的实施例中的方法或光学传感装置之一对于其他方法或光学传感装置同样地有效。类似地，在文中描述的实施例中的方法对于光学传感装置同样的有效，反之亦然。
在文中描述的实施例的特征可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。即使未在这些其他实施例中明确描述，在实施例的上下文中描述的特征也可以相应地适用于其他实施例。此外，如添加和/或组合和/或替代针对实施例的上下文中所描述的特征可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。
关于在侧面或表面“上方”形成的沉积材料使用的词语“在...上”可以在本文中用于表示沉积的材料可以“直接”形成在隐含的表面或侧边上，例如直接接触。关于在侧面或表面“上方”形成的沉积材料使用的词语“在...上”也可以在本文中用于表示沉积的材料可以“间接地”形成在具有一个或多个附加层的隐含侧面或表面上。换句话说，第一层在第二层“上方”可以指第一层直接在第二层上，或者第一层和第二层由一个或多个中间层分开。
如本文所述的光学传感装置可以以各种方向操作，因此应当理解，在以下描述中使用术语“顶部”，“底部”等是为了方便和帮助理解相对位置或方向，而不是限制光学传感装置的方向。
在各种实施例的上下文中，关于特征或元素使用的冠词“一”，“一个”和“该”包括对一个或多个特征或元素的引用。
在各种实施例的上下文中，应用于数值的术语“约”或“近似”包含精确值和合理的误差。
如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
实施例1
图1提供了根据各种实施例的基于表面等离子共振(SPR)的光学传感装置100的图示。光学传感装置100可包括光学装置102，其用于提供第一偏振光束和第二偏振光束。光学传感装置100还可以包括第一光学构件104，第一光学构件104包括感测表面，第一光学构件104用于接收第一偏正光束和第二偏振光束并在感测表面反射第一偏正光束和第二偏振光束。光学传感装置100还可包括第二光学构件106，第二光学构件106用于接收来自第一光学构件104反射的第一偏正光束和第二偏振光束，并分别从第一方向和第二方向分离反射的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束。另外，光学装置100可包括检测器装置108，用于检测来自第二光学构件106反射的第一和第二偏振光束。
换句话说，光学传感装置100可包括光学装置102，其用于提供具有不同偏振的光束。偏振光束可以入射到第一光学构件的感测表面上。样品可以在感测表面上，并且感测表面可以由于样品而不同地反射不同的偏振光束。光学传感装置100还可包括：第二光学构件106及检测器装置108，其在不同方向上分离反射的偏振光束；检测器装置108用于检测反射的偏振光束。
在各种实施例中，第一偏振光束可以具有与第二偏振光束的偏振正交的偏振。
在各种实施例中，第一偏振光束可以是p偏振光束，第二偏振可以是s偏振光束。
光学装置102可包括：光源，用于发射包括第一偏振分量和第二偏振分量以；第三光学构件，用于接收来自光源的光束并将光束分离为第一偏振光束和第二偏振光束。所属第三光学构件可以是分束器。
第一偏振光束可以具有第一偏振分量，第二偏振光束可以具有第二偏振分量。在各种实施例中，第一偏振分量可以是p偏振，第二偏振分量可以是s偏振。
光源可以用于预设方向，即向所述预设方向发射包括第一偏振分量和第二偏振分量的光束。光束可以具有预定波长或波长范围。第一偏振光束和第二偏振光束也可以处于预定波长的波长范围。
在各种实施例中，光源可以是激光器，例如HeNe(氦-氖)激光器。例如，对于HeNe激光器，可以通过激光定向来选择/配置p偏振和s偏振之间的强度比。
预定方向可以是光束与所述光源方向呈约1°至约45°，所述光源发射的光束不包括所述第二偏正光束。光源可以从参考方向旋转或定向自1°至约45°范围的角度，其中光源仅发射第一偏振光束。
换句话说，光源的预设方向可以与光源的方向成一角度，光源的发射方向没有第二偏振分量的光束(即，与纯p偏振激光器发射方向的角度)。利用这种构建/设置，激光束提供p偏振分量和s偏振分量(在预定方向上)。角度可以设置在大约1°到大约45°。当角度小于45°时，它可以增强p偏振光的强度并且可以抑制s偏振强度，这也反过来增强了SPR检测中的信噪比。
第一光学构件104可包括棱镜，并且感测表面设置在棱镜的底部上。棱镜可使第一偏振光和第二偏振光通过。棱镜可以对预定波长或波长范围的光透明。棱镜可以是玻璃棱镜，感测表面可以是金属表面，例如金表面。
第一光学构件104还可包括流动池，流动池可用于将样品提供给到感测表面。流动池可包括入口和出口。在操作期间，可以将携带样品的流体引入流动池中，以便可以将样品提供给感测表面。接下来流体可以通过出口离开流动池。
第二光学构件106可以是偏振分束器。偏振分束器可以用于在两个不同的光路中分裂或分离p偏振和s偏振，并且可以不需要偏振器。例如，在其他传统配置中，不使用偏振分束器。第二光学构件106可以用于在第一方向和第二方向上分裂或分离反射的第一偏正光束和第二偏振光束，第一方向和第二方向可以是不同的方向。
偏振分束器可以由两个玻璃棱镜制成或可以包括两个玻璃棱镜。或偏振分束器可以是半镀银镜，或是具有透明薄金属涂层(例如铝)的玻璃或塑料片。
检测器装置108可包括：
第一检测器，用于检测反射的第一偏振光束；
第二检测器，用于检测反射的第二偏振光束。第一检测器和第二检测器可以是CCD(电荷耦合器件)，或者可以是任何其他合适的检测器，例如光电二极管或光电晶体管。
第一偏振光束可以通过SPR期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波来修改，第一偏正光束也可以限定感测信号。第二偏振光束不能被在表面等离子体共振(SPR)期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波修改，第二偏振光书可以限定参考信号。在各种实施例中，与第二偏振光束相比，第一偏振光束可以被修改或者可以受到表面等离子体激元波的更大程度或程度的影响。在各种其他实施例中，第二偏振光束可以是可修改的并且可以限定感测信号，而第一偏振光可以是基本上不可修改的，或者可以被表面等离子体激元波修改的更少或影响的更少，第一偏振光束可以定义参考信号。
另外，光学传感装置100可包括处理器，例如计算机，所述处理器可与所属检测装置108相互通信，处理器用于基于反射的第一偏正光束和第二偏振光束之间的差值来提供感测输出。所述差值是第一偏振光束(反射)的强度和第二偏振光束(反射)的强度的差异值。第一偏振光束(反射)的强度可以由第一检测器检测，第二偏振光束(反射)的强度可以由第二检测器检测。
处理器可以经由模数转换器(例如帧抓取器转换器)与检测器装置108相互通信。模数转换器或帧捕获器转换器可以具有与检测器装置108通信的一个或多个输入，以及与处理器通信的一个或多个输出。
模数转换器或帧抓取器转换器可用于将模拟信号转换为数字信号以用于计算机处理。模数转换器或帧捕获器转换器可以用于从第一检测器接收第一模拟信号，并且可以用于将第一模拟信号转换为第一数字信号。模数转换器或帧捕获器转换器还可以用于从第二检测器接收第二模拟信号，并且可以用于将第二模拟信号转换为第二数字信号。处理器可以用于接收第一数字信号和第二数字信号。
处理器可用于为基于反射的第一偏正光束和第二偏振光束之间的差值来提供感测输出。例如，可以通过反射的第一偏正光束和第二偏振光束(即，p偏振光束和s偏振光束)之间的减法运算或差异来获得感测输出。从基于偏振的减法方法，实验结果可以表明传感器分辨率已经提高到大约10-7RIU。感测输出可以基于第一数字信号和第二数字信号。
在各种实施方案中，感测表面可包括受体，例如抗原蛋白，表面探针DNA，或蛋白质(例如HSA(人血清白蛋白)蛋白)。受体可被固定或附着于感测表面。样品可以包括诸如抗体，DNA或药物的分子，其可以在提供给感测表面的样品上与受体结合。样品与受体的结合可以在感测表面改变或者产生传播的表面等离子体，其可以产生或改变传感信号和/或参考信号。例如，当样品与受体结合时，在感测表面传播的表面等离子体可以改变，并且可以增加感测信号，从而增加感测输出。
在各种实施方案中，可能不需要多个流动池。在各种实施例中，第一光学构件104可包括单个流动池。例如，可以在相同感测表面的p偏振光和s偏振光之间执行p偏振光和s偏振光之间的强度差值测量。这可以有利地在SPR检测中提供改善的信噪比。例如，在其他常规配置中，差值方法在1)来自样品室的信号和2)来自水参考室的信号之间是不被期望的，因为需要两个流动池一起操作以进行SPR检测。
实施例2
图2提供了根据各种实施例的基SPR制造光学传感装置的方法的图示。该方法可以包括：
步骤202，提供光学装置，所述光学装置用于提供第一偏振光束和第二偏振光束；
步骤204，提供包括感测表面的第一光学构件，所述第一光学构件用于接收所述第一偏正光束和所述第二偏振光束并在所述感测表面处反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束；
步骤206，提供第二光学构件，所述第二光学构件用于接收来自所述第一光学构件反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束并分别从第一方向和第二方向分离反射的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束；
步骤208，提供检测器装置，所述检测装置用于检测来自所述第二光学构件反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。
换句话说，该方法可包括以如下的方式构造的光学装置：第一光学构件、第二光学构件和检测器装置，使得第一光学构件接收来自光学装置的第一偏振光束和第二偏振光束。使得第一光学构件将感测表面的第一偏振光束和第二偏振光束反射到第二光学构件上，第二光学构件接收反射的第一偏振光束和第二偏振光束，并将反射的第一偏振光束和第二偏振光束分离至两个方向，检测器装置检测沿两个方向传播的反射的第一偏正光束和第二偏振光束。
为避免疑义，应该注意的是，图2中所示的方法步骤不一定是顺序的。例如，可以在提供光学装置之前提供第一光学构件，即步骤204可以在步骤202之前。
第一偏振光束可以是p偏振光束，第二偏振可以是s偏振光束。
光学装置可包括：光源，用于发射包括第一偏振分量和第二偏振分量的光束；以及第三光学构件，用于接收来自光源的光束并将光束分离第一偏振光束和第二偏振光束。
光源可以被向预设方向发射，所述光源用于发射包括第一偏振分量和第二偏振分量的光束。
预定方向可以是光束与所述光源方向呈约1°至约45°，所述光源发射的光束不包括所述第二偏正光束。
第一光学构件可包括棱镜，并且感测表面可设置在棱镜的底部上。
检测器装置可包括：第一检测器，用于检测反射的第一偏振光束；第二检测器，用于检测反射的第二偏振光束。
第一偏振光束可以通过在SPR期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波来修改并且限定感测信号，第二偏振光束不能被在SPR期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波修改，第二偏振光书可以限定参考信号。
该方法还可以包括处理器，所述处理器可与所属检测装置相互通信所述处理器基于反射的第一偏正光束和第二偏振光束之间的差值来提供感测输出。
实施例3
图3提供了根据各种实施例的基于表面等离子体共振(SPR)的光学感测方法的流程图。该方法可以包括：
步骤302，在第一光学构件上提供样品，所述第一光学构件包括其上提供样品的感测表面。
步骤304，通过光学装置向第一光学构件提供第一偏振光束和第二偏振光束。
步骤306，在感测表面反射第一和第二偏振光束，以提供反射的第一偏振光束和反射的第二偏振光束。
步骤308，通过第二光学构件分别沿第一方向和第二方向分离从所述第一光学构件接收的反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。
步骤在310，通过检测器装置检测来自第二光学构件的反射的第一偏振光束和第二偏振光束。
换句话说，所述方法可以包括将样品提供或引导到第一光学构件的感测表面，向第一光学构件提供第一偏振光束和第二偏振光束，使得第一偏振光光束和第二偏振光束在感测表面被反射。反射的第一偏振光束和反射的第二偏振光束由第二光学构件引向不同的方向，并被检测器装置检测。
所述方法还可以包括在光学构件上提供受体，例如，提供到感应表面上。可以在提供样品之前提供受体。
受体可以是生物实体或分子，例如抗原蛋白，表面探针DNA或蛋白质(例如HSA蛋白)。受体可以固定或附着于感测表面。
样品可包括生物实体或分子，例如抗体，DNA或药物。在将样品提供给感测表面时，样品可以与受体结合。样品与受体的结合可以改变或产生在感测表面处传播的表面等离子体，其可以产生或改变感测信号和/或参考信号。例如，当样品与受体结合时，可以改变在感测表面处传播的表面等离子体，并且可以增加感测信号，从而增加感测输出。
在将样品提供给第一光学构件之后，可以向第一光学构件提供第一偏振光束和第二偏振光束。
第一偏振光束可由SPR期间在所述感测表面处传播的表面等离子体激元波修改并且限定感测信号。第二偏振光束至少实质上不可由在SPR期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波修改或限定感测信号。由于提供给光学构件的样品，可以产生表面等离子体激元波。由于样品结合到第一光学构件的感测表面，可以产生表面等离子体激元波。
所述方法还可以包括基于反射的第一偏振光束和第二偏振光束之间的差异来提供感测输出。
该方法还可以包括基于感测输出或基于反射的第一偏振光束和第二偏振光束来检测或识别样本。
图4提供了根据各种实施例的光学传感装置400的示意图。光学传感装置400(可替代地称为光学装置、SPR传感器系统、生物传感器或等离子体对比度传感器)可包括用于提供第一偏振光束的光学装置402，例如p偏振光束和第二偏振光束，例如，s偏振光束。光学装置402可以包括激光装置410，例如HeNe激光源，以及光束分束器412。HeNe激光源410的方向可以设置为45°，其可以单激光束的方式提供p偏振光束和s偏振光束。在检测过程中激光束可能不会扩张，扩张可能会增强测量期间的强度对比。
光学传感装置400还可包括第一光学构件414，第一光学构件414包括感测表面，第一光学构件配置成接收第一和第二偏振光束并在感测表面处反射第一和第二偏振光束。第一光学构件404可包括棱镜414，并且感测表面设置在棱镜414的底部上。第一光学构件404还可包括流动池416。流动池416可包括入口和出口。携带样品的流体可以流过入口进入流动池416，以将样品提供或供应到感测表面，并且流体可以通过出口流出流动池416。感测表面可包括合适的材料，例如金。两个偏振光束可以入射在玻璃棱镜414的金感测表面上并被金感测表面反射。在等离子体共振时，表面等离子体激元波(在金感测表面处传播)可以改变p偏振光束，而s偏振光束可以不受影响(由于波传播方向不匹配)。因此，p偏振部分和s偏振部分的差分测量可以在测量期间抵消光学和电子噪声，并且因此可以改善传感器稳定性和传感器分辨率。
光学传感装置400还可包括第二光学构件406，例如偏振分束器，其用于从第一光学构件404接收的反射的第一偏振光束和第二偏振光束，并用于分别在第一方向和第二方向上分离反射的第一偏振光束和第二光偏振光束，即p偏振光束和s偏振光束。
光学装置400可还包括检测器装置408，检测装置408用于检测来自第二光学构件反射的第一偏振光束和第二偏振光束。检测器装置408可包括：第一CCD(电荷耦合器件)408a，用于检测反射的第一偏振光束，即p偏振光以及第二CCD408b，用于检测反射的第二偏振光光束，即s偏振光。第一CCD408a可用于检测由反射的第一偏振光束定义的感测信号(也称为响应信号)，第二CCD408b可用于检测由反射的第二偏振光束定义的参考信号(也称为控制信号)。可以通过计算机使用合适的软件处理感测和参考信号，例如Mathlab(数学实验室)软件。
可以首先将感测和参考信号发送到帧抓取器转换器420，其与第一电荷耦合器件(CCD)408a相互通信和第二电荷耦合器件(CCD)408b相互通信。帧抓取器转换器420可以将模拟信号转换为数字信号。然后可以将转换的数字感测和参考信号发送到计算机418，计算机418与帧抓取器转换器420相互通信。
为了表示强度SPR传感器的反应，对不同浓度的盐溶液进行了测量。盐溶液的浓度范围为0％至5％，其对应于1.3330至1.3418RIU的折射率值。将不同浓度的盐溶液注入感测表面以进行传感器分辨率估计。
图5示出了根据各种实施例的来自感测信号和参考信号的图像，其中不同浓度的盐溶液被引入到感测表面。从两个CCD相机408a和408b捕获的图像显示响应信号的强度随着盐溶液浓度的增加而增加，而控制信号的强度随着盐溶液浓度的增加而没有显示出显着的变化。提取强度变化并绘制感测响应曲线。
如图5所示，s偏振信号(参考/控制信号)可能呈现黑色，因为在SPR检测期间没有记录信号强度增加。
图6是作为折射率(RIU)的函数的强度差值(以任意单位)的曲线图600，其示出了根据各种实施例的装置的SPR响应曲线的变化。盐溶液浓度从约0％变化至约5％。图2中的曲线。可以通过绘制每种盐浓度下的平均感测响应与注入的盐溶液的折射率的关系来获得图6所示的结果。可以根据等式(1)从感测响应曲线的斜率获得感测灵敏度。
感测灵敏度＝(折射率变化)/(感测响应)(1)
感测灵敏度＝(1.3400-1.33475)/(225.08-27.41)＝2.66x10-5RIU/强度单位
如上所示，感测灵敏度为2.66×10-5RIU/强度单位(在线性范围1.33475-1.3400RIU)。
图7是作为时间(以分钟计)的函数的强度差值(以任意单位)的曲线图700，其示出了将约2％盐溶液注入的各种实施方案的装置的稳定性测量的显示结果。可以使用在5个平均数据点上的0.018强度单位的测量S.D.(标准差)值来获得显示结果。根据等式(2)，可以从感测响应曲线的斜率进一步获得感测分辨率。
感测分辨率＝灵敏度×测量稳定性(2)
感测分辨率＝(2.66×10-5)x(0.018)
为了计算系统的感测分辨率，将水样注入棱镜的流动室中。获得的测量标准差为0.018强度响应。根据等式(2)，发现感测分辨率为4.79×10-7RIU，这比报道的传统强度SPR传感器在10-5RIU下的两个数量级更好。
已经进一步证明了传感器用于检测不同的生物分子结合相互作用，包括抗原-抗体，DNA-DNA，蛋白质-小分子或药物分子结合。
抗体-抗原结合
将H3N2抗原蛋白固定在传感器的金传感器表面上。在检测期间，首先将传感器表面保持在PBS(硝酸盐)缓冲溶液下。然后，注射H3N2抗体(40ug/ml)并实时测量特异性抗原-抗体结合。
图8A是根据各种实施方案的作为时间(以分钟计)的函数的强度(以0至255的任意数值)的曲线图800a，其显示关于H3N2抗原-抗体结合检测的实验结果。
DNA-DNA结合
在第二个实验中，将表面探针DNA固定在金传感器表面上。在18分钟的实验中，注射DNA样品(从大肠杆菌中提取，100μM)并记录特异性DNA-DNA结合并测量结果。
图8B是根据各种实施方案的作为时间(以分钟计)的函数的强度(以0至255的任意数值)的曲线图800b，其显示关于DNA-DNA结合检测的实验结果。
蛋白质-药物结合
此外，HAS(人血清白蛋白)固定在金传感器表面上。在检测期间，注射小分子华法林(<500Da，2mM)并测量蛋白质-小分子结合。
图8C是作为时间(以分钟计)的函数的强度(以0至255的任意)的曲线图800c，其显示了根据各种实施方案的HAS-华法林结合检测的实验结果。
可以设想该装置可以用于检测其他物质或生物分子。还可以设想该装置可以与其他受体结合使用。
各种实施方案基于差异等离子体对比的生物传感器。在各种实施例中，He-Ne激光源的方向可以设置为45°，其在单个激光束中提供p偏振激光和s偏振激光。在等离子体共振时，表面等离子体激元波(在金感测表面处传播)可以改变p偏振光，而s偏振可以不受影响(由于波传播方向不匹配)。因此，p偏振部分和s偏振部分之间的差分测量可以在测量期间抵消光学和电子噪声，并且改善传感器稳定性和传感器分辨率。
另外，两个分离的CCD可以用于检测p偏振和s偏振，这扩大了用于信号处理的成像像素并且提供了传感器分辨率的进一步改进。
在检测过程中可以不扩展激光束。它可以增强强度对比度并可以产生增强的传感器灵敏度。
根据各种实施例，在装置中可能不需要偏振器。
利用上述所有配置和特征，可以发现根据各种实施例的差分等离子体对比度传感器的性能为(10-7RIU)，其可以比传统强度的性能好两个数量级。基于SPR传感器(10-5RIU)。
各种实施例可以比传统设置好一个数量级。
各种实施方案可用于不同的生物分子相互作用检测，包括1)抗原-抗体结合，2)DNA-RNA结合，和3)蛋白质-药物结合。
各种实施方案可以采用结合检测，并且可以应用于分析检测或药物发现。
尽管已经参考特定实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的范围由所附权利要求限定，并且所有在范围和意义上与权利要求等同的改变都旨在落入本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种基于表面等离子共振(SPR)的光学传感装置，所述光学传感装置包括：
光学装置，用于提供第一偏振光束和第二偏振光束；
第一光学构件，包括感测表面，所述第一光学构件用于接收所述第一偏振光束和所述第二偏振光束并在所述感测表面反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束；
第二光学构件，用于接收来自所述第一光学构件反射的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束，并分别从第一方向和第二方向分离反射的所述第一偏振光束和所述第二偏振光束；
检测器装置，用于检测来自所述第二光学构件反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束。
2.如权利要求1所述的光学传感装置，
所述第一偏振光束是p偏振光束，所述第二偏振光束是s偏振光束。
3.如权利要求1或权利要求2的所述的光学传感装置，
所述光学传感装置包括：
光源，用于发射包括第一偏振分量和第二偏振分量；
第三光学构件，用于接收来自所述光源的光束并将所述光束分离成所述第一偏振光束和所述第二偏振光束。
4.如权利要求3所述的光学传感装置，
所述光源用于发射预设方向的光束，所述光束包括所述第一偏振分量和所述第二偏振分量。
5.如权利要求4所述的光学传感装置，
所述预设方向的光束与所述光源方向呈约1°至约45°，所述光源发射的光束不包括所述第二偏正光束。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光学传感装置，
所述第一光学构件包括棱镜，所述感测表面设置在所述棱镜的底部。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光学传感装置，
所述检测器装置包括第一检测器和第二检测器，所述第一检测器用于检测所述反射的第一偏振光束，所述第二检测器用于检测所述反射的第二偏振光束。
8.如权利要求1至7中任一项所述的光学传感装置，
所述第一偏振光束可由SPR期间在所述感测表面处传播的表面等离子体激元波修改并且限定感测信号，并且所述第二偏振光束至少实质上不可由SPR期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波修改并限定参考信号。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光学传感装置，还包括：
处理器，所述处理器与所述检测装置相互通信，所述处理器用于基于所述反射的第一偏正光束和所述反射的第二偏振光束之间的差值来提供感应输出。
10.如权利要求9所述的光学传感装置，
所述差值是所述第一偏振光束的强度和所述第二偏振光束的强度之差。
11.一种制造基于表面等离子共振(SPR)的光学传感装置的方法，所述方法包括：
提供光学装置，所述光学装置用于提供第一偏振光束和第二偏振光束；
提供包括感测表面的第一光学构件，所述第一光学构件用于接收所述第一偏正光束和所述第二偏振光束并在所述感测表面处反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束；
提供第二光学构件，所述第二光学构件用于接收来自所述第一光学构件反射的第一偏正光束和第二偏振光束并分别从第一方向和第二方向分离反射的第一偏振光束和第二偏振光束；
提供检测器装置，所述检测装置用于检测来自所述第二光学构件反射的第一偏正光束和第二偏振光束。
12.如根据权利要求11所述的方法，
所述第一偏振光束是p偏振光束，所述第二偏振光束是s偏振光束。
13.如权利要求11或12所述的方法，
所述光学传感装置包括：光源，用于发射包括所述第一偏振光束和所述第二偏振光束；及，
第三光学构件，用于接收来自所述光源的光束并将所述光束分离成所述第一偏振光束和所述第二偏振光束。
14.如权利要求13所述的方法，
所述光源用于发射预设方向的光束，所述光束包括所述第一偏振光束和所述第二偏振光束。
15.如权利要求14所述的方法，
所述预设方向的光束与所述光源方向呈约1°至约45°，所述光源发射的光束不包括所述第二偏正光束。
16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，
所述第一光学构件包括棱镜，所述感测表面设置在所述棱镜的底部。
17.如权利要求11至16中任一项所述的方法，
所述检测器装置包括第一检测器和第二检测器，所述第一检测器用于检测所述反射的第一偏振光束，所述第二检测器用于检测所述反射的第二偏振光束。
18.如权利要求11至17中任一项所述的方法，
所述第一偏振光束可由表面等离子共振(SPR)期间在所述感测表面处传播的表面等离子体激元波修改并且限定感测信号，并且所述第二偏振光束至少实质上不可由表面等离子共振(SPR)期间在感测表面处传播的表面等离子体激元波修改并限定参考信号。
19.如权利要求11至18中任一项所述的方法，还包括：
处理器，所述处理器可与所述检测装置相互通信，所述处理器用于基于所述反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束之间的差值来提供感应输出。
20.一种基于表面等离子共振(SPR)的光学传感方法，所述方法包括：
在第一光学构件上提供样品，所述第一光学构件包括感测表面，所述感测表面上有所述样品；
通过光学装置将第一偏振光束和第二偏振光束提供给所述第一光学构件；
在感测表面反射所述第一偏正光束和所述第二偏振光束，以提供反射的第一偏振光束和反射的第二偏振光束；
第二光学构件分别沿第一方向和第二方向分离从所述第一光学构件接收的反射的所述第一偏正光束和所述第二偏振光束；
通过检测器装置检测来自所述第二光学构件反射的第一偏正光束和所述第二偏振光束。
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