一种棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构

摘要

本发明公开了一种棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构，包括固定架及安装在该固定架上的同步旋转机构、第一和第二传动机构、一体化棱镜芯片、流通池、楔形光发射端、CCD接收端、压紧机构和两个旋转臂，同步旋转机构在第一传动机构的作用下带动两个旋转臂同步旋转；楔形光发射端和CCD接收端分别固定在一个旋转臂上，能够随旋转臂旋转；两个旋转臂的旋转轴的延长线位于所述一体化棱镜芯片的顶面中心处，所述楔形光发射端发射的楔形光束照在所述一体化棱镜芯片的中心，反射的楔形光束照射在所述CCD接收端的CCD上；所述压紧机构能够在第二传动机构的作用下向下移动，压紧所述芯片和流通池。该机构角度调节精确、快速、调节范围大。

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离子共振谱仪领域，具体涉及一种棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构。

背景技术

表面等离子共振谱仪(Surface Plasmon Resonance,SPR)是20世纪80年代出现的一种生物传感仪器，是近代物理学、生物学与分析化学相互结合的产物。表面等离子共振谱仪因其简便、快速、高灵敏等优点，被国外大型仪器公司普遍看好，进行了大规模研发，已发展成为定性或定量测量分子相互作用的有力工具，受到广大科研人员、大型药物企业的关注和重视，已被广泛应用于生物技术、医疗检测、环境科学、食品安全、药物筛选、材料分析等诸多领域。SPR仪器的光学传感系统主要有棱镜和光纤两种。其中棱镜类SPR系统开发时间最早，研究较多，主要优点是精度很高。

但是，现有棱镜类SPR系统不能提供大角度范围的SPR扫描，也就不能得到大的折射率检测范围，使得表面等离子共振谱仪只能满足小范围的应用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种角度调节精确、快速且调节范围较大的棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构，包括固定架及安装在该固定架上的同步旋转机构、第一和第二传动机构、一体化棱镜芯片、流通池、楔形光发射端、CCD接收端、压紧机构和两个旋转臂，所述同步旋转机构在第一传动机构的作用下带动所述两个旋转臂同步旋转；所述楔形光发射端和CCD接收端分别固定在一个所述旋转臂上，能够随旋转臂旋转；所述两个旋转臂的旋转轴的延长线位于所述一体化棱镜芯片的顶面中心处，所述楔形光发射端发射的楔形光束照在所述一体化棱镜芯片的中心，反射的楔形光束照射在所述CCD接收端的CCD上；所述压紧机构能够在第二传动机构的作用下向下移动，压紧所述芯片和流通池。

所述一体化棱镜芯片为柱状，其横截面上宽下窄，一体化棱镜芯片具有三个光学表面，其中顶面为全反射面，镀有金属膜，另外两个光学表面分别位于顶面的两侧且均为柱面，分别为光线的入射面和出射面，一体化棱镜芯片的底面与顶面平行，用于芯片定位；一体化棱镜芯片的前后两个端面平行；所述入射面和出射面的柱面的轴心线重合并位于所述顶面上，且与两个旋转臂的旋转轴的延长线共线。

优选的是，所述一体化棱镜芯片安装在一芯片卡盒上，所述棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构还包括芯片外盒和安装在所述固定架上的芯片进出仓机构以及第三传动机构，所述芯片外盒用于容纳所述芯片卡盒，芯片外盒为中空且前后开放的正六面体形；所述芯片卡盒的顶面上形成有开孔，芯片卡盒内形成有容纳所述一体化棱镜芯片的空腔，芯片卡盒的左、右两侧各形成一个通孔，便于入射光和出射光通过；不工作时，所述芯片卡盒插入所述芯片外盒内，所述芯片进出仓机构用于在第三传动机构的作用下将所述芯片卡盒及安装在芯片卡盒上的一体化棱镜芯片送至工作位置。

优选的是，所述芯片卡盒的前端设置有便于芯片进出仓机构的插柱插入的插孔，工作时，所述插柱插入插孔内，并在第三传动机构的作用下将所述一体化棱镜芯片送至工作位置。

优选的是，所述一体化棱镜芯片的顶面靠近另外两个光学表面一侧各形成一向外向下倾斜的斜面，便于所述一体化棱镜芯片卡装在所述芯片卡盒上。所述芯片卡盒的空腔两侧靠近其顶面处形成有用于卡住所述一体化棱镜芯片的斜面的卡点。

优选的是，所述芯片卡盒的底面两侧形成有用于支撑所述一体化棱镜芯片的入射面和出射面的支撑部，所述一体化棱镜芯片的底面与芯片卡盒的底面接触，用于定位。

优选的是，在所述芯片外盒的内壁上形成有多个导向筋，所述芯片卡盒沿所述多个导向筋插入芯片外盒内。

该机构设置在一可封闭的罩体内，在所述固定架上还安装有调节罩体内温度的制冷系统和制热系统。

本发明具有积极有益的效果：

本发明的棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构角度调节精确、快速、调节范围大，可实现40-82°范围内的高精度扫描。

另外，本发明采用一体化棱镜芯片，与传统的分体式相比，无需耦合，不需要使用者进行耦合操作，缩短了工作时间，且操作简单易行，避免误操作；减少由了于耦合带来的多个折射面引起的光能量损失，避免了耦合材料内部光学缺陷引起的光线散射及变形等缺点。把芯片与棱镜设计为一体，降低了成本。芯片盒组件可以有效保护芯片不受外界污染。

附图说明

图1是本发明的棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构一个角度的立体结构示意图；

图2是本发明棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构另一个角度的立体结构示意图。

图3a、3b为一体化棱镜组件的结构示意图；

图4为一体化棱镜组件中芯片外盒的结构示意图；

图5a、5b为一体化棱镜组件中芯片外盒的结构示意图；

图6a、6b为一体化棱镜组件中一体化棱镜芯片的结构示意图；

图中：

1、固定架 2、同步旋转机构 3、芯片 4、楔形光发射端 5、CCD接收端

6、压紧机构 7、制冷系统 8、芯片进出仓机构 9、第一传动机构 10、旋转臂

11、制热系统 12、第二传动机构 13、第三传动机构 14、入射光 15、出射光

21、芯片外盒 22、芯片卡盒 23、一体化棱镜芯片 23a、入射面 23b、斜面

23c、顶面 23d、出射面 23e、底面 24、导向筋 25、插孔 26、芯片卡盒底面

27、支撑部 28、卡点 29a、29b：通孔 30、空腔

具体实施方式

下面结合附图对本发明的棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构的结构进行详细说明。

参见图1和图2所示的本发的一个实施例。如图所示，本发明的棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构包括固定架1及安装在该固定架1上的同步旋转机构2、第一和第二传动机构9和12、芯片3(在该实施例中，采用一体化棱镜芯片23)、流通池(图中未示)、楔形光发射端4、CCD接收端5、压紧机构6和两个旋转臂10。

同步旋转机构2在第一传动机构9的作用下带动所述两个旋转臂10同步旋转。楔形光发射端4和CCD接收端5分别安装在一个旋转臂上，能够随旋转臂旋转。两个旋转臂10的旋转轴的延长线位于所述一体化棱镜芯片23的顶面中心处，楔形光发射端4发射的楔形入射光14照在所述一体化棱镜芯片23的中心线上，反射的楔形出射光15照射在所述CCD接收端5的CCD上。所述压紧机构6能够在第二传动机构12的作用下向下移动，压紧所述体化棱镜芯片23和流通池。

参见图3a至图6b，所述一体化棱镜芯片23为柱状，其横截面上宽下窄，一体化棱镜芯片具有三个光学表面，其中顶面23c为全反射面，镀有金属膜，另外两个光学表面分别位于顶面23c的两侧且均为柱面，分别为光线的入射面23a和出射面23d，一体化棱镜芯片23的底面23e与顶面23c平行，用于芯片定位；一体化棱镜芯片23的前后两个端面平行。入射面23a和出射面23d的柱面的轴心线重合并位于所述顶面23c上，且与两个旋转臂的旋转轴的延长线共线。

优选的是，所述一体化棱镜芯片23安装在一芯片卡盒22上，所述棱镜型表面等离子共振谱仪角度调制机构还包括芯片外盒21和安装在所述固定架上的芯片进出仓机构8以及第三传动机构13。所述芯片外盒21用于容纳所述芯片卡盒22，芯片外盒21为中空且前后开放的正六面体形。芯片卡盒22的顶面上形成有开孔，芯片卡盒内形成有容纳所述一体化棱镜芯片23的空腔30，芯片卡盒的左、右两侧各形成一个通孔29a、29b，便于入射光和出射光通过。不工作时，所述芯片卡盒22插入所述芯片外盒21内，所述芯片进出仓机构用于在第三传动机构13的作用下将所述芯片卡盒22及安装在芯片卡盒22上的一体化棱镜芯片23送至工作位置。

所述芯片卡盒22的前端设置有便于芯片进出仓机构的插柱插入的插孔25。工作时，所述插柱插入插孔25内，并在第三传动机构13的作用下将所述芯片卡盒22及一体化棱镜芯片23送至工作位置。

另外，所述一体化棱镜芯片23的顶面靠近另外两个光学表面一侧各形成一向外向下倾斜的斜面23b，便于所述一体化棱镜芯片卡装在所述芯片卡盒上。所述芯片卡盒22的空腔两侧靠近其顶面处形成有用于卡住所述一体化棱镜芯片的斜面的卡点28。所述芯片卡盒22的底面两侧形成有用于支撑所述一体化棱镜芯片的入射面和出射面的支撑部27，所述一体化棱镜芯片的底面与芯片卡盒底面26接触，用于定位。

优选的是，在所述芯片外盒21的内壁上形成有多个导向筋24，所述芯片卡盒沿所述多个导向筋24插入芯片外盒21内。

为了满足使用要求，可将该机构设置在一可封闭的罩体内，在固定架1上安装调节罩体内温度的制冷系统和制热系统。

在本发明中，旋转臂10的转动角度范围可根据使用要求设定，旋转角度范围可以是10-90°。两个旋转臂绕同一轴心同步转动，因此转动角度相同。过旋转轴心的轴线是两个旋转臂的对称中心线，旋转过程中，两个旋转臂始终相对于过旋转轴线对称。

由于楔形光发射端4本身提供一定角度(例如12°)的固定角度扫描，所以固定扫描稳定、精度高，有利于得到高的分辨率和稳定的SPR谱线。将楔形光发射端安装在旋转臂上，能够得到高的灵敏度，而且旋转臂能在大的角度范围内运动，从而能提供较大的SPR谱仪的动态扫描范围，即提高了SPR谱仪的检测范围。