基于表面等离激元的成像传感方法、设备及存储介质

1.本发明涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种基于表面等离激元的成像传感方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.表面等离激元(surface plasmon polariton，spp)是在入射光波作用下产生的金属-介质界面自由电子的集体振荡。通过补偿入射光与表面等离激元之间的波矢差，可产生表面等离激元共振(surface plasmon resonance，spr)现象。表面等离激元对界面折射率的变化十分敏感，并且具有独特的实时性和无标记性，可用于检测分子间相互作用、化学和生物分析物的检测等。
3.根据调制方法的不同，基于表面等离激元的传感技术主要有四种：强度调制、相位调制、角度调制和波长调制。强度调制使用单色光以固定角度入射，测量不同折射率引起的反射光强度的变化，这种强度调制装置结构简单，但检测灵敏度有限。相位调制使用单色光以共振角度入射，监测发生表面等离激元共振时相位的突变，这种方法测量的灵敏度较高，但是由于相位变化范围窄，该方法的动态检测范围小。角度调制和波长调制由于能够克服这些局限性而得到广泛研究。角度调制和波长调制都是监测反射光强减至最弱时对应的共振角度(或共振波长)，通过角度(或波长)扫描得到折射率的变化。相比于角度调制，波长调制可以自由选择一个工作波长范围，在优化方面更加灵活。但是波长扫描导致检测速度慢，而且需要光谱读出设备，增加了检测装置的复杂性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于表面等离激元的成像传感方法、设备及存储介质，有利于提高波长调制spr传感效率。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种基于表面等离激元的成像传感方法，所述方法包括：
6.获取待测介质对应的表面等离激元干涉图像，其中，所述待测介质位于激发芯片中，所述激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，所述金属膜上附着有分散的纳米颗粒，所述待测介质与所述金属膜形成金属-介质界面，所述干涉图像为所述激发芯片上激发的表面等离激元沿所述金属-介质界面传播，与单个所述纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉形成的；
7.基于所述表面等离激元干涉图像，得到所述待测介质对应的干涉特征值，所述干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距；
8.基于所述干涉特征值以及预设关系模型，确定所述待测介质的折射率，所述预设关系模型用于表征介质折射率与所述干涉特征值对应的干涉特征参数的对应关系。
9.进一步地，所述干涉极大值间距为一级干涉亮条纹在第a个等相位面处的间距，其中，a为大于或等于3且小于或等于6的整数。
10.进一步地，a等于5。
11.进一步地，所述干涉特征值为表面等离激元干涉条纹周期值，所述预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系。
12.进一步地，所述干涉特征值为干涉极大值间距，所述预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系。
13.进一步地，所述干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和干涉极大值间距，所述预设关系模型包括第一关系子模型和第二关系子模型。所述基于所述干涉特征值以及预设关系模型，确定所述待测介质的折射率，包括：
14.基于所述干涉条纹周期值以及所述第一关系子模型，得到第一参考折射率，所述第一关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系；
15.基于所述干涉极大值间距以及所述第二关系子模型，得到第二参考折射率，所述第二关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系；
16.基于所述第一参考折射率和所述第二参考折射率，得到所述待测介质的折射率。
17.进一步地，所述预设关系模型是基于介质折射率与表面等离激元共振波长之间的对应关系，以及所述干涉特征参数与所述表面等离激元共振波长之间的对应关系构建的。
18.第二方面，本发明实施例提供了一种基于表面等离激元的成像传感方法，所述方法包括：
19.分别获取多种不同待测介质对应的表面等离激元干涉图像，其中，所述待测介质位于激发芯片中，所述激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，所述金属膜上附着有分散的纳米颗粒，所述待测介质与所述金属膜形成金属-介质界面，所述干涉图像为所述激发芯片上激发的表面等离激元沿所述金属-介质界面传播，与单个所述纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉形成的；
20.分别针对每种待测介质，基于所述表面等离激元干涉图像，得到该待测介质对应的干涉特征值，所述干涉特征值与介质折射率呈负相关，所述干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距；
21.通过比较每种待测介质对应的所述干涉特征值，确定所述多种不同待测介质之间的折射率大小关系。
22.第三方面，本发明实施例提供了一种基于表面等离激元的成像传感设备，包括：照明系统、物镜、成像系统以及数据处理装置。其中，
23.所述照明系统用于产生偏振光入射到所述物镜；
24.所述物镜，用于将所述偏振光入射到激发芯片，以在所述激发芯片中激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金属-介质界面传播，与单个所述纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉，其中，所述激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，所述金属膜上附着有分散的纳米颗粒，待测介质位于所述激发芯片中，与所述金属膜形成所述金属-介质界面；
25.成像系统，用于对所述金属-介质界面形成的干涉光信号进行成像，得到所述待测介质对应的表面等离激元干涉图像；
26.数据处理装置，与所述成像系统连接，用于执行权利要求1-8中任一项所述的成像传感方法的步骤。
27.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如上述第一方面或第二方面提供的基于表面等离激元的成像传感方法的步骤。
28.本发明实施例提供的基于表面等离激元的成像传感方法、设备及存储介质，通过先获取待测介质对应的表面等离激元干涉图像，该干涉图像是激发芯片上激发的表面等离激元，沿待测介质与金属膜形成金属-介质界面传播，与单个纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉所形成的，然后基于表面等离激元干涉图像，得到待测介质对应的干涉特征值如表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距；接着，就可以基于干涉特征值以及表征介质折射率与干涉特征参数之间对应关系的预设关系模型，确定待测介质的折射率，从而实现对待测介质的折射率检测。该方案可以通过表面等离激元干涉成像实现介质折射率传感，无需传统波长调制方法采用的波长扫描和光谱读出设备，有利于提高波长调制spr传感效率，且降低检测成本。
附图说明
29.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本说明书的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
30.图1为本发明实施例第一方面提供的一种基于表面等离激元的成像传感设备的结构示意图；
31.图2为本发明实施例中提供的激发模型示意图；
32.图3为本发明实施例中提供的表面等离激元传播示意图；
33.图4为本发明实施例中提供的单个纳米颗粒引起表面等离激元干涉成像的物理机制示意图；
34.图5为本发明实施例中提供的实验数据拟合结果图；
35.图6为本发明实施例第二方面提供的基于表面等离激元的成像传感方法的流程图；
36.图7为本发明实施例第三方面提供的基于表面等离激元的成像传感方法的流程图。
具体实施方式
37.为了更好的理解本发明实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
38.第一方面，本发明实施例提供了一种基于表面等离激元的成像传感设备。如图1所示，该成像传感设备可以包括：照明系统、物镜109、成像系统以及数据处理装置(图中未示出)。
39.具体实施时，需要预先配备激发芯片200，将待测介质注入到激发芯片200中，然后配合成像传感设备检测待测介质的折射率情况。其中，照明系统用于产生偏振光入射到物
镜109。物镜109于将偏振光入射到激发芯片200，以在激发芯片200中激发表面等离激元，表面等离激元沿激发芯片200中的金属-介质界面传播，与金属表面附着的单个纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉。成像系统用于对上述金属-介质界面形成的干涉光信号进行成像，得到待测介质对应的表面等离激元干涉图像。
40.举例来讲，照明系统可以包括：光源、偏振片、扩束器、反射镜组以及聚焦透镜等。例如，可以采用波长为633nm的氦氖激光器作为光源101，如图1所示，光源101出射的光经过偏振片102、扩束器103、第一反射镜104、第一会聚透镜105、第二反射镜107以及薄膜分束器108，以p偏振态聚焦在物镜109后焦平面上，最终以平行光斜入射的方式入射至物镜109表面的激发芯片200。成像系统可以包括第二会聚透镜110以及光电探测器111如ccd(charge-coupled device，电荷耦合器件)。金属-介质界面205形成的干涉光信号依次经物镜109、薄膜分束器108以及第二会聚透镜110在ccd上成像。
41.如图2所示，激发芯片200可以包括：镀金属膜202的透明基底201。其中，金属膜202上附着有分散的纳米颗粒203，待测介质204注入激发芯片200后与金属膜202形成金属-介质界面205。例如，可以在盖玻片一侧表面镀50nm厚金膜，并在金膜表面附着分散的纳米颗粒如金纳米颗粒形成激发芯片200。当然，在本发明其他实施例中，激发芯片200还可以包括盖板、微流通道、驱动器等，以便注入以及回收待测介质，具体可以参照相关技术，此处不做详述。
42.具体实施时，可以在物镜109表面浸没一层折射率匹配油，将镀有金膜的盖玻片放置在油浸物镜109上方，然后在金膜表面添加待测介质204，构成如图2所示的高折射率基底、金膜和介质三层结构组成的激发模型。入射光以角度θ入射到高折射率基底-金膜界面，调节入射角θ，当沿x方向的波矢分量k
x
与表面等离激元波矢k
spp
匹配时，如式(1)所示，激发沿金属-介质界面205传播的表面等离激元(surface plasmon polariton，spp)。例如，可以通过一维电动平移台106按箭头方向左右调节第一反射镜104以及第一会聚透镜105的位置，改变入射角θ，以激发最强的表面等离激元。
[0043][0044]
其中，λ0为入射光波长，n1为基底折射率，εm为金膜的复介电常数的实部，ns为介质折射率。如图3所示，被激发的spp沿着金膜-介质界面(x方向)传播(如图3中虚线示出的平面波)并与吸附在金膜表面的单个纳米颗粒相互作用，纳米颗粒引起径向分布的表面等离激元散射(如图3中虚线示出的球面波)，与入射的spp发生干涉，在金膜表面产生亮暗相间的干涉条纹，并通过泄漏辐射效应被远场ccd接收，从而实现快速成像。
[0045]
在对待测介质对应的表面等离激元干涉图像做进一步处理之前，需要先构建预设关系模型。预设关系模型用于表征介质折射率与干涉特征参数如表面等离激元干涉条纹周期和/或干涉极大值间距的对应关系。下面就对预设关系模型的构建过程进行说明。
[0046]
首先，由式(1)可知等离激元共振波长λ
spp
满足以下关系式(2)：
[0047][0048]
因此，在入射光波长固定的情况下，金膜表面的介质折射率ns变化会引起共振波
长λ
spp
的变化。而共振波长的变化可体现在单个纳米颗粒引起的表面等离激元干涉成像中。图4示出了单个纳米颗粒引起表面等离激元干涉成像的物理机制示意图。图4中以单个纳米颗粒为圆点，被激发的spp传播方向为x轴建立了直角坐标系，平行于y轴方向的横线表示被激发的入射spp，以纳米颗粒为圆心沿径向方向扩散的圆形线条表示由纳米颗粒散射的spp；抛物线示意的是入射spp和散射spp发生干涉形成的干涉亮条纹，从内向外依次是一级亮条纹、二级亮条纹、三级亮条纹、
……
。
[0049]
如图4所示，被激发的入射spp波是平面波，其复振幅为：e
spp
＝a1e
iβx
，由纳米颗粒散射的spp为发散的球面波，其复振幅为：二者发生干涉，干涉场强度可表示为：其中a1和a2分别是入射spp和散射spp的振幅，是e
spp
和e
scat
之间的相移，β＝2πλ
spp
。当时，可得到干涉场的极大值。此时可以得到：
[0050][0051]
在沿对称轴y＝0上，计算相邻干涉亮条纹的间距，即干涉条纹周期p满足以下公式(4)：
[0052][0053]
另外，在等相位面x＝aλ
spp
(a＝1,2,3
…
)处，可以得到干涉极大值间距l满足以下公式(5)。
[0054][0055]
由此，发明人发现金膜表面介质的折射率会引起表面等离激元共振波长λ
spp
的改变，而表面等离激元共振波长λ
spp
的改变又会引起干涉条纹周期p以及干涉极大值间距l的变化，并分别建立了λ
spp
与干涉条纹周期p之间的对应关系，以及λ
spp
与干涉极大值间距l之间的对应关系。进一步地，就可以根据介质折射率ns与表面等离激元共振波长λ
spp
之间的对应关系即上述式(2)，以及干涉条纹周期p和/或干涉极大值间距l与表面等离激元共振波长λ
spp
之间的对应关系，构建介质折射率ns与干涉条纹周期p和/或干涉极大值间距l之间的对应关系，即构建预设关系模型，从而通过表面等离激元干涉成像以及预设关系模型得到待测介质的折射率。当然，也可以直接通过比较不同待测介质对应的表面等离激元干涉成像，确定待测介质的折射率变化情况。
[0056]
需要说明的是，干涉极大值间距是指m级干涉亮条纹在第a个等相位面处的间距。在根据介质折射率与干涉极大值间距之间的对应关系构建预设关系模型时，m和a的具体取值可以根据多次试验确定。例如，在一种可选的实施方式中，m可以取1，即干涉极大值间距采用一级干涉亮条纹在第a个等相位面处的间距，其中，a为大于或等于3且小于或等于6的整数，如a可以为5。例如，可以采用图4中示意的一级干涉亮条纹在等相位面x＝5λ
spp
处的间距作为干涉极大值间距l。
[0057]
具体实施时，成像系统中的ccd可以与数据处理装置连接，将采集到的表面等离激元干涉图像发送给数据处理装置。例如，数据处理装置可以包括单片机、dsp、arm等具有数
据处理功能的芯片，例如可以是个人计算机(personal computer，pc)或掌上电脑(personal digital assistant，pda)等。
[0058]
在一种可选的实施方式中，数据处理装置中存储有预先构建的预设关系模型。由数据处理装置基于表面等离激元干涉图像，得到待测介质对应的干涉特征值；然后，基于干涉特征值以及预设关系模型，确定待测介质的折射率。这样就可以利用表面等离激元干涉成像实现待测介质折射率的快速传感，无需传统波长调制方法采用的波长扫描和光谱读出设备，使整个传感设备更加简单。其中，干涉特征值包括：上述的表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距。
[0059]
表面等离激元干涉图像中具有亮暗相间的干涉条纹，通过对干涉图像进行处理，就可以获得上述的表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距。例如，可以通过图像处理技术从表面等离激元干涉图像中识别沿对称轴y＝0上，相邻干涉亮条纹之间的间距，以及干涉极大值间距。或者，也可以由用户配合在表面等离激元干涉图像中标注出干涉条纹周期以及干涉极大值间距对应的标签线段，然后通过检测标签线段的长度，得到表面等离激元干涉条纹周期值以及干涉极大值间距。
[0060]
具体来讲，上述基于干涉特征值以及预设关系模型，确定待测介质的折射率的实施方式可以包括以下几种。
[0061]
第一种，干涉特征值为表面等离激元干涉条纹周期值，相应地，预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系。例如，预设关系模型可以包括上述公式(2)和(4)，或者，也可以是根据上述公式(2)和(4)得到的介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系。此时，将从干涉图像中测得的表面等离激元干涉条纹周期值输入预设关系模型，即可得到待测介质的折射率。
[0062]
第二种，干涉特征值为干涉极大值间距，相应地，预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系。例如，预设关系模型可以包括上述公式(2)和(5)，且式(5)中的m＝1，a等于5；或者，预设关系模型也可以是根据上述公式(2)和(5)得到的介质折射率与干涉极大值间距的对应关系。此时，将从干涉图像中测得的干涉极大值间距输入预设关系模型，即可得到待测介质的折射率。
[0063]
第三种，干涉特征值包括表面等离激元干涉条纹周期值以及干涉极大值间距。预设关系模型包括第一关系子模型和第二关系子模型。第一关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系，例如。可以包括上述公式(2)和(4)，或者，也可以是根据上述公式(2)和(4)得到的介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系。第二关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系，例如，可以包括上述公式(2)和(5)，且式(5)中的m＝1，a等于5；或者，也可以是根据上述公式(2)和(5)得到的介质折射率与干涉极大值间距的对应关系
[0064]
此时，将从干涉图像中测得的干涉条纹周期值输入第一关系子模型，得到待测介质的第一参考折射率；将从干涉图像中测得的干涉极大值间距输入第二关系子模型，得到待测介质的第二参考折射率；然后，基于第一参考折射率和第二参考折射率，得到待测介质的折射率。例如，可以取第一参考折射率和第二参考折射率的均值，作为待测介质的折射率。
[0065]
另外，根据前述介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系，以及介质
折射率与干涉极大值间距的对应关系，可得：介质折射率与干涉条纹周期以及干涉极大值间距均呈负相关，即随着介质折射率的增加，干涉条纹的周期和干涉极大值间距均减小。
[0066]
在一种可选的实施方式中，数据处理装置还可以用于分别获取多种不同待测介质对应的表面等离激元干涉图像，然后分别从这些干涉图像中得到干涉特征值，通过比较每种待测介质对应的干涉特征值，确定上述多种不同待测介质之间的折射率大小关系。这样就可以利用表面等离激元干涉成像实现待测介质折射率变化情况的快速监测。
[0067]
例如，有三种不同的待测介质，分别为介质a、介质b和介质c，介质a对应的干涉条纹周期以及一级干涉极大值间距分别为pa和la，介质b对应的干涉条纹周期以及一级干涉极大值间距分别为pb和lb，介质c对应的干涉条纹周期以及一级干涉极大值分别为pc和lc。若干涉特征值为：干涉条纹周期，假设pa＜pb＜pc，则判定介质a、介质b和介质c的折射率大小关系为：n
sa
＞n
sb
＞n
sc
。同理，若干涉特征值为：一级干涉极大值间距，假设la＜lb＜lc，则判定介质a、介质b和介质c的折射率大小关系为：n
sa
＞n
sb
＞n
sc
。
[0068]
对此，发明人还进行了实验进行验证。通过在盖玻片一侧表面镀50nm厚金膜，并在金膜表面制备分散的金纳米颗粒，作为激发芯片200，然后分次在金膜表面滴加不同浓度的葡萄糖溶液以改变介质折射率，从而得到不同折射率下的单颗粒表面等离激元干涉成像。进一步，计算了不同折射率下，相应干涉图像中表面等离激元干涉条纹的周期p和一级干涉(m＝1，a＝5)极大值间距l的变化，并使用线性函数对实验结果进行拟合，拟合结果如图5中的(a)图和(b)图所示。
[0069]
图5中，(a)图示出了表面等离激元干涉条纹周期p随介质折射率的变化；(b)图示出了一级干涉极大值间距l随介质折射率的变化。横坐标表示介质折射率(refractive index ns)，(a)图的纵坐标为表面等离激元干涉条纹周期p，单位为nm，(b)图的纵坐标为一级干涉(m＝1，a＝5)极大值间距l，单位为nm，实心原点表示实验数据(experiment)，直线表示拟合线(fitting)。拟合函数分别为p＝-224.41
×ns
+549.24，l＝-7234.08
×ns
+12157.33，其拟合的相关系数分别为0.97和0.95。实验结果显示，随着折射率的增加，干涉条纹的周期p和一级干涉极大值间距l均减小。
[0070]
综上所述，本发明实施例提供的基于表面等离激元的成像传感设备，能够通过表面等离激元干涉成像实现介质折射率传感，无需传统波长调制方法采用的波长扫描和光谱读出设备，有利于提高波长调制spr传感效率，且降低检测成本。
[0071]
第二方面，本发明实施例提供了一种基于表面等离激元的成像传感方法，例如，可以运行于上述数据处理装置中。如图6所示，该方法包括以下步骤s601至步骤s603。
[0072]
步骤s601，获取待测介质对应的表面等离激元干涉图像。
[0073]
其中，待测介质位于激发芯片中，激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，金属膜上附着有分散的纳米颗粒，待测介质与金属膜形成金属-介质界面，干涉图像为激发芯片上激发的表面等离激元沿金属-介质界面传播，与单个纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉形成的。
[0074]
步骤s602，基于表面等离激元干涉图像，得到待测介质对应的干涉特征值，干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距。
[0075]
步骤s603，基于干涉特征值以及预设关系模型，确定待测介质的折射率，预设关系模型用于表征介质折射率与干涉特征值对应的干涉特征参数的对应关系。
[0076]
需要说明的是，步骤s601至步骤s603的具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0077]
在一种可选的实施方式中，干涉极大值间距为一级干涉亮条纹在第a个等相位面处的间距，其中，a为大于或等于3且小于或等于6的整数。例如，a可以等于5。具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0078]
在一种可选的实施方式中，干涉特征值为表面等离激元干涉条纹周期值，预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系。具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0079]
在一种可选的实施方式中，干涉特征值为干涉极大值间距，预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系。具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0080]
在一种可选的实施方式中，干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和干涉极大值间距，预设关系模型包括第一关系子模型和第二关系子模型，基于干涉特征值以及预设关系模型，确定待测介质的折射率，包括：基于干涉条纹周期值以及第一关系子模型，得到第一参考折射率，第一关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系；基于干涉极大值间距以及第二关系子模型，得到第二参考折射率，第二关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系；基于第一参考折射率和第二参考折射率，得到待测介质的折射率。具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0081]
在一种可选的实施方式中，预设关系模型是基于介质折射率与表面等离激元共振波长之间的对应关系，以及干涉特征参数与表面等离激元共振波长之间的对应关系构建的。具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0082]
第三方面，本发明实施例提供了一种基于表面等离激元的成像传感方法，例如，可以运行于上述数据处理装置中。如图7所示，该方法包括以下步骤s701至步骤s703。
[0083]
步骤s701，分别获取多种不同待测介质对应的表面等离激元干涉图像。
[0084]
其中，待测介质位于激发芯片中，激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，金属膜上附着有分散的纳米颗粒，待测介质与金属膜形成金属-介质界面，干涉图像为激发芯片上激发的表面等离激元沿金属-介质界面传播，与单个纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉形成的。
[0085]
步骤s702，分别针对每种待测介质，基于表面等离激元干涉图像，得到该待测介质对应的干涉特征值，干涉特征值与介质折射率呈负相关，干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距。
[0086]
步骤s703，通过比较每种待测介质对应的干涉特征值，确定上述多种不同待测介质之间的折射率大小关系。
[0087]
需要说明的是，步骤s701至步骤s703的具体实施过程可以参照上述第一方面中的相关描述，此处不再赘述。
[0088]
第四方面，基于同一发明构思，本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面或第三方面提供的成像传感方法实施例的各个过程，且能达到
相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。举例来讲，该计算机可读存储介质可以是只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等。
[0089]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0090]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0091]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0092]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0093]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0094]
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“多个”表示两个以上，包括两个或大于两个的情况。
[0095]
尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。

技术特征：
1.一种基于表面等离激元的成像传感方法，其特征在于，所述方法包括：获取待测介质对应的表面等离激元干涉图像，其中，所述待测介质位于激发芯片中，所述激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，所述金属膜上附着有分散的纳米颗粒，所述待测介质与所述金属膜形成金属-介质界面，所述干涉图像为所述激发芯片上激发的表面等离激元沿所述金属-介质界面传播，与单个所述纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉形成的；基于所述表面等离激元干涉图像，得到所述待测介质对应的干涉特征值，所述干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距；基于所述干涉特征值以及预设关系模型，确定所述待测介质的折射率，所述预设关系模型用于表征介质折射率与所述干涉特征值对应的干涉特征参数的对应关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干涉极大值间距为一级干涉亮条纹在第a个等相位面处的间距，其中，a为大于或等于3且小于或等于6的整数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，a等于5。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干涉特征值为表面等离激元干涉条纹周期值，所述预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干涉特征值为干涉极大值间距，所述预设关系模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和干涉极大值间距，所述预设关系模型包括第一关系子模型和第二关系子模型，所述基于所述干涉特征值以及预设关系模型，确定所述待测介质的折射率，包括：基于所述干涉条纹周期值以及所述第一关系子模型，得到第一参考折射率，所述第一关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹周期的对应关系；基于所述干涉极大值间距以及所述第二关系子模型，得到第二参考折射率，所述第二关系子模型用于表征介质折射率与表面等离激元干涉条纹的极大值间距之间的对应关系；基于所述第一参考折射率和所述第二参考折射率，得到所述待测介质的折射率。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设关系模型是基于介质折射率与表面等离激元共振波长之间的对应关系，以及所述干涉特征参数与所述表面等离激元共振波长之间的对应关系构建的。8.一种基于表面等离激元的成像传感方法，其特征在于，所述方法包括：分别获取多种不同待测介质对应的表面等离激元干涉图像，其中，所述待测介质位于激发芯片中，所述激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，所述金属膜上附着有分散的纳米颗粒，所述待测介质与所述金属膜形成金属-介质界面，所述干涉图像为所述激发芯片上激发的表面等离激元沿所述金属-介质界面传播，与单个所述纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉形成的；分别针对每种待测介质，基于所述表面等离激元干涉图像，得到该待测介质对应的干涉特征值，所述干涉特征值与介质折射率呈负相关，所述干涉特征值包括：表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距；通过比较每种待测介质对应的所述干涉特征值，确定所述多种不同待测介质之间的折
射率大小关系。9.一种基于表面等离激元的成像传感设备，其特征在于，包括：照明系统、物镜、成像系统以及数据处理装置，其中，所述照明系统用于产生偏振光入射到所述物镜；所述物镜，用于将所述偏振光入射到激发芯片，以在所述激发芯片中激发表面等离激元，所述表面等离激元沿金属-介质界面传播，与单个所述纳米颗粒散射的表面等离激元发生干涉，其中，所述激发芯片包括：镀金属膜的透明基底，所述金属膜上附着有分散的纳米颗粒，待测介质位于所述激发芯片中，与所述金属膜形成所述金属-介质界面；成像系统，用于对所述金属-介质界面形成的干涉光信号进行成像，得到所述待测介质对应的表面等离激元干涉图像；数据处理装置，与所述成像系统连接，用于执行权利要求1-8中任一项所述的成像传感方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-8任一项所述的基于表面等离激元的成像传感方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于表面等离激元的成像传感方法、设备及存储介质，通过获取待测介质对应的表面等离激元干涉图像，基于表面等离激元干涉图像，得到待测介质对应的干涉特征值如表面等离激元干涉条纹周期值和/或干涉极大值间距；基于干涉特征值以及表征介质折射率与干涉特征参数之间对应关系的预设关系模型，确定待测介质的折射率，从而实现对待测介质的折射率检测，有利于提高波长调制表面等离激元共振传感效率。振传感效率。振传感效率。


技术研发人员：孙晓娟 路鑫超 刘虹遥 王畅 孙旭晴
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2023/7/31