CN106018343B - 一种微透镜或微透镜阵列成像检测板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，包括一块厚度为3～5毫米的透明板，板面上设有一个或多个梯形凹孔，梯形凹孔内均设有一个上部为一半球，下部为一圆柱体的柱形微透镜，柱形微透镜由PMMA有机玻璃材料与设有梯形凹孔的透明板一起通过精密注塑成型。本发明的柱形微透镜的成像特征是，当往透明板的梯形凹孔注入液体介质使之浸没柱形微透镜时，在平行光照射下，由于光的折射作用，其像是外缘为一黑环的圆形图像；黑环的外半径R为柱形微透镜的半径，黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2以及柱形微透镜的高度h成一种理论关系，利用它可通过监测黑环内半径r的数值，确定该液体或介质的实时折射率。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种光学检测装置，具体涉及一种微透镜或微透镜阵列成像检测板。
背景技术
溶液或介质的折射率是非常重要的光学特性，它同时又是溶液浓度、温度等的函数，所以监测溶液折射率的实时变化，具有重要作用。特别是在许多抗原抗体溶液中，当发生抗原抗体反应时，其溶液折射率会按一定规律随时间发生变化，所以，通过监测抗原抗体溶液在反应前后的折射率变化，可定性定量确定被测样品中抗原或抗体的量。但是，这种测定对折射率测量技术要求较高，一是不能对抗原抗体溶液产生干扰作用，二是同时能快速(快于每秒测一个折射率数值)跟踪测定溶液折射率的变化，三是最好能测溶液中的局部微区的折射率。
现有的折射率测量技术如阿贝折射率计等都不能在不干扰样品溶液情况下，实时快速监测其溶液局部微区的折射率随时间的瞬态变化。
发明内容
本发明专利为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种结构简单，使用方便的微透镜或微透镜阵列成像检测板，它可在不干扰样品溶液情况下实时快速监测其局部微区的折射率随时间的瞬态变化。特别适合用于监测抗原抗体溶液在抗原抗体反应前后的折射率变化情况，从而定性定量确定样品中的抗原或抗体；其优点是所需样品量很少(几微升到几十微升)，检测过程简单快捷，解决了现有技术存在的上述问题。
本发明所采用的技术方案是，一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，包括一块透明板，所述透明板厚度为3～5毫米，板面上设有一个或多个梯形凹孔，所述梯形凹孔内，均设有一个上部为一半球，下部为一圆柱体的柱形微透镜，柱形微透镜的半径为0.1～1.0毫米，高度为0.2～2.5毫米，其透明度要求>90％，光洁度要求为20～40。
所述柱形微透镜由PMMA有机玻璃材料与设有梯形凹孔的透明板一起通过精密注塑成型。
所述柱形微透镜用透明材料制成粘置于透明板的梯形凹孔内。
所述透明板采用多个梯形凹孔与柱形微透镜的组合设置制成同时检测多个样品的微透镜阵列成像检测板。
所述梯形凹孔梯面斜角为68度，其作用是使梯形凹孔孔内水溶液的液面不会因液体表面附加压强的作用而成为弧面，保持液面为平面而保证柱形微透镜成像质量。
所述整个微透镜或微透镜阵列成像检测板制成后需要经过亲水性处理，用以防止样品尤其是临床样品对检测板的分子吸附而影响检测效果。
本发明微透镜(或微透镜阵列)成像检测板，所述柱形微透镜的成像特征是，当往透明板的梯形凹孔注入液体介质使之浸没柱形微透镜时，在入射平行光照射下，由于光的折射作用，其像是外缘为一黑环的圆形图像；黑环的外半径R为柱形微透镜的半径，黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2以及柱形微透镜的高度h成如下理论关系：
其中，k＝n1/n2,α为照明光投射到微透镜圆形表面的入射角；
根据所述黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2，入射角α，柱形微透镜的高度h的理论关系，能够通过监测黑环内半径r的数值，由式(1)来确定该浸没液体的实时折射率n1。
与现有技术相比，本发明微透镜(或微透镜阵列)成像检测板可在不干扰样品溶液情况下快速实时监测其局部微区的折射率随时间的瞬态变化。特别适合用于监测抗原抗体溶液在抗原抗体反应前后的折射率变化情况，从而定性定量确定样品中的抗原或抗体。其优点是所需样品量很少(几微升到几十微升)，检测过程简单快捷。且通过采用微透镜阵列，可同时一次检测多个样品。
附图说明
图1a和图1b是本发明微透镜成像检测板结构示意图；
图2a和图2b为微透镜所成像示意图；
图3a和图3b为本发明实施例3中所述微透镜4×4阵列成像检测板结构示意图。
图中，1.透明板，2.梯形凹孔，3.柱形微透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，如图1a和图1b所示，包括一块透明板1，透明板1厚度为3～5毫米，板面上设有一个或多个梯形凹孔2，梯形凹孔2内，均设有一个上部为一半球，下部为一圆柱体的柱形微透镜3，柱形微透镜3的半径为0.1～1.0毫米，高度为0.2～2.5毫米，其透明度要求>90％，光洁度要求为20～40。
本发明的柱形微透镜3由PMMA有机玻璃材料与设有梯形凹孔2的透明板1一起通过精密注塑成型，或用其它透明材料制成柱形微透镜3粘置于透明板1的梯形凹孔2内；梯形凹孔2的梯面斜角为68度，其作用是使梯形凹孔2孔内水溶液的液面不会因液体表面附加压强的作用而成为弧面，保持液面为平面而保证柱形微透镜成像质量。
本发明整个成像检测板制成后需要经过亲水性处理，用以防止样品尤其是临床样品对检测板的分子吸附而影响检测效果。
本发明透明板1或采用多个梯形凹孔2与柱形微透镜3的组合设置制成同时检测多个样品的微透镜阵列成像检测板。
本发明的微透镜(或微透镜阵列)成像检测板，柱形微透镜3的成像特征是，当往透明板1的梯形凹孔2注入液体介质使之浸没柱形微透镜3时，在入射平行光的照射下，由于光的折射作用，其像是外缘为一黑环的圆形图像，如图2a、图2b所示；其中，n1为浸没液体的折射率，n2为柱形微透镜的折射率，h为柱形透镜的高度，柱形微透镜边缘(R)为黑环的外半径，亮斑边缘B点为黑环的内半径r。
黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2以及柱形微透镜的高度h成如下理论关系：
其中，k＝n1/n2,α为照明光投射到微透镜圆形表面的入射角；
根据黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2，入射角α，柱形微透镜的高度h之间的理论关系，能够通过监测黑环内半径r的数值，由式(1)来确定该浸没液体或介质的实时折射率n1。
实施例
实施例1
如图1a和图1b所示，一种带两个微透镜的成像检测板，可同时检测两个样品，整个成像检测板的透明板1厚度为3.5毫米，梯形凹孔2底部的厚度为0.25毫米，分别置于两个梯形凹孔2内的两个柱形微透镜3半径为0.5毫米，高度为1.0毫米；两个柱形微透镜3与两孔的透明板1一起，整体由PMMA有机玻璃材料通过精密注塑成型而制成，其透明度>90％，光洁度40；采用由聚酯-聚醚-有机硅三元共聚物组成的多功能亲水处理剂DP-9993进行亲水性处理(室温下浸泡24小时)。
使用此双微透镜成像检测板作溶液折射率检测时，将被测溶液分别注入透明板1的两个梯形凹孔2，其量以刚浸没微透镜为宜，然后以显微成像装置测定微透镜所成像的R,r,等参数，利用式(1)得出溶液折射率。
在测定抗原抗体反应时，先将临床样品或抗原溶液注入梯形凹孔浸没微透镜，以显微成像装置测定此时的R,r等参数，利用式(1)得出临床样品溶液折射率。然后把等量抗体溶液滴入，以显微成像装置在前20秒内每秒测定一次R,r等参数，利用式(1)得出溶液折射率。然后在随后的100秒中每10秒测一次，利用滴入抗体溶液后10到100秒间溶液的折射率平均值，确定抗原抗体反应后(即抗体滴入后)溶液折射率与仅为临床样品或抗原样品时的折射率差值，便可确定是否有抗原抗体反应以及抗原的量。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2中的微透镜成像检测板的柱形微透镜3是一玻璃微透镜，粘置于梯形凹孔2内，其特征是，柱形微透镜半径为0.375毫米，高度为0.85毫米；透明板1为PMMA有机玻璃板，厚度为3毫米，梯形凹孔2底部的厚度与实施例1参数相同，其它处理与检测成像的过程与实施例1相同。
实施例3
与实施例1不同的是，实施例3中的微透镜成像检测板有16个微透镜，成一4×4阵列，如图3a和图3b所示，16个柱形微透镜3分别置于16个梯形凹孔2内，该微透镜阵列成像检测板透明板1厚度为3毫米，柱形微透镜3半径为0.5毫米，高度为1.5毫米，柱形微透镜3与多孔透明板1一起，整体由PMMA有机玻璃材料通过精密注塑成型而制成，其透明度>90％，光洁度40，梯形凹孔底部的厚度为0.25毫米。其它处理与成像检测过程与实施例1相同，不同的是此检测板可同时检测16个样品。
上述实施方式只是本发明的几个实例，不是用来限制发明的实施与权利范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明申请专利范围内。
Claims (7)
1.一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，包括一块透明板(1)，其特征在于：所述透明板(1)厚度为3～5毫米，板面上设有一个或多个梯形凹孔(2)，所述梯形凹孔(2)内，均设有一个上部为一半球，下部为一圆柱体的柱形微透镜(3)，柱形微透镜(3)的半径为0.1～1.0毫米，高度为0.2～2.5毫米，其透明度要求>90％，光洁度要求为20～40。
2.根据权利要求1所述的一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，其特征在于：所述柱形微透镜(3)由PMMA有机玻璃材料与设有梯形凹孔(2)的透明板(1)一起通过精密注塑成型。
3.根据权利要求1所述的一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，其特征在于：所述柱形微透镜(3)用透明材料制成粘置于透明板(1)的梯形凹孔(2)内。
4.根据权利要求1所述的一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，其特征在于：所述透明板(1)采用多个梯形凹孔(2)与柱形微透镜(3)的组合设置制成同时检测多个样品的微透镜阵列成像检测板。
5.根据权利要求1所述的一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，其特征在于：所述梯形凹孔(2)梯面斜角为68度，其作用是使梯形凹孔(2)孔内水溶液的液面不会因液体表面附加压强的作用而成为弧面，保持液面为平面而保证柱形微透镜成像质量。
6.根据权利要求1所述的一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，其特征在于：所述微透镜或微透镜阵列成像检测板制成后需要经过亲水性处理，用以防止样品对检测板的分子吸附而影响检测效果。
7.根据权利要求1所述的一种微透镜或微透镜阵列成像检测板，其特征在于：所述柱形微透镜(3)的成像特征是，当往透明板(1)的梯形凹孔(2)注入液体使之浸没柱形微透镜(3)时，在入射平行光照射下，由于光的折射作用，其像是外缘为一黑环的圆形图像；黑环的外半径R为柱形微透镜的半径，黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2以及柱形微透镜的高度h成如下理论关系：
其中，k＝n1/n2,α为照明光投射到微透镜圆形表面的入射角；
根据所述黑环的内半径r与浸没液体的折射率n1，柱形微透镜的折射率n2，入射角α，柱形微透镜的高度h的理论关系，能够通过监测黑环内半径r的数值，由式(1)来确定该浸没液体介质的实时折射率n1。
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