论文部分内容阅读
光学椭偏成像技术是一种新型的纳米薄膜和界面的显示和检测技术，为薄膜材料分析和生物分子膜层研究提供了一种新的手段。但是，目前国内外光学椭偏成像仪器存在结构复杂、体积大、成本高等问题，难以用于现场监测、实时分析等实际应用场合。因此，本文提出了一种小型化经济型的高精度光学椭偏成像系统，并将它应用于无标记蛋白质芯片检测，为光学蛋白质芯片系统向实用化普及、现场检测方向发展，提供了条件。
结合小型光学椭偏成像系统的检测原理及实际需求，提出了系统的主要参数要求和设计方案，构建了一套小型光学椭偏成像实验装置。
为了在构建小型系统的同时保证其测量精度和参数要求，研究并解决了小型光学椭偏成像系统的一系列关键技术问题。针对现有光源存在体积大和价格高的问题，通过筛选和实验验证了大功率LED作为系统光源可行，实现了系统光源的小型化和低成本；采用稳流和温控的方法，提高了系统的光强稳定性；提出了一种波前重组的光波准直均匀方法，从理论模型分析到实验，建立了光强分布均匀、结构简单的准直光照明系统；采用自准直的方法实现了样品的准确定位；采用景深优化和空间滤波的方法，达到了在短距离内清晰成像的目的。同时，分析了系统的主要误差，阐述了进一步提高系统测量精度的方法。
在此基础上，进行了全系统光机电和机械结构的复合设计，完成了系统工程化设计和加工乃至组装和调试，实现了工程化样机系统。利用蛋白质芯片样品，对该样机的空间分辨率、检测面积和图像采集及稳定性等性能进行了测试。实验结果表明系统的厚度分辨率优于0.1 nm，横向分辨率为微米量级，测量面积可达180mm2，能够高分辨地检测蛋白质膜层的分布，验证了它具有检测蛋白质芯片的能力和优势。样机体积仅为37×11×23(cm3)，并具有操作简便、低成本等特点，体积和价格均降为现有实验仪器的1/10以下。