具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是根据一示例性实施例示出的一种电势扫描局域表面等离子体共振的传感检测装置的示意图，如图1所示，可以包括：

光源221；

反应池241，用于承载待测溶液；

扫描电势单元222，所述扫描电势单元222用于输出扫描电势；

激励电极单元，所述激励电极单元的输入端与所述扫描电势单元222的输出端电连接，所述激励电极单元的输出端与所述反应池241电连接，用于对所述待测溶液产生激励；

分光光度计300，用于接收由所述光源221发出并透过被激励的待测溶液的光线，根据所述光线，得到消光度。

由上述实施例可知，本申请所述的扫描电势单元222采用了扫描电势激励的技术，克服了光学传感对基于波长扫描的复合光源221的要求，使得所述光源221克服了传统光源221占用空间大的问题，达到减小装置体积的效果的同时也达到降低光学传感复杂度的效果；所述激励电极单元接受所述扫描电势单元222的输出并对所述反应池241中的待测溶液产生激励，所述光源221发出的光线透过所述待测溶液被所述分光光度计300接受所述光线，得到消光度，从而得到电势-消光度关系，进而实现电势扫描局域表面等离子体共振的传感检测。

在一实施例中，所述光源221为特定发光波长的LED灯珠，所述LED灯珠的功耗不大于110mW。如图2所示，通过分光光度计300对光激励单元的LED光源221进行表征，由图可以看出在710nm处，该LED灯表现出明显的波峰，说明该LED灯具有较好的单色性。所述LED灯珠可以是发光波长为710nm的近红外灯珠，用以同所述激励电极单元上所修饰金纳米棒特征峰的波长相匹配，可最大程度地提高所述电势扫描局域表面等离子体共振传感检测的灵敏度。

在一实施例中，所述扫描电势单元222可提供扫描电势的输出，所述扫描电势的输出范围区间不窄于0V-0.6V，输出升压间隔不大于0.1mV，输出时间间隔不大于1ms，具体地，所述扫描电势单元222包括稳压电路，所述稳压电路用以提供稳定的扫描电势输出，其中，所述扫描电势的输出范围不窄于0V-0.6V是为了同纳米材料受电势调控的线形范围相对应，所述升压间隔不大于0.1mV和输出时间间隔不大于1ms，可提高检测分辨率以及特异性检出能力。

具体地，所述激励电极单元包括工作电极250和对电极230，所述工作电极250的输入端与所述扫描电势单元222的输出端电连接，所述工作电极250的输出端与所述反应池241电连接以对所述待测溶液产生激励；所述对电极230的输入端与所述扫描电势单元222的输出端电连接，所述对电极230的输出端与所述反应池241电连接以对所述待测溶液产生激励，所述激励以扫描电势的形式施加到待测电活性分子的溶液中，催化电活性分子氧化并释放出电子，以作用于电势扫描局域表面等离子体共振，并进而实现生物传感应用。

进一步地，所述工作电极250和对电极230使用透明玻璃基底，以使得所述光源221发出的光线能够照射到所述工作电极250上并到达所述光线入射口140。

具体地，所述对电极230和工作电极250形状如图3所示，所述工作电极250和对电极230可以采用氧化铟锡为材料，基于氧化铟锡的化学稳定性和良好的导电性能，进而实现工作电极250和对电极230的稳定构建。

进一步地，如图4所示，所述工作电极250包括纳米复合物修饰区251，用于工作电极250的修饰并实现局域表面等离子体共振应用。在一实施例中，所述纳米复合物修饰区251位于所述工作电极250的中心区域，以便完全覆盖所述反应池241。

具体地，所述工作电极250的修饰过程包括：采用种子生长法合成金纳米棒；采用氧化聚合法在所述金纳米棒的表面包被一层导电聚合物聚苯胺；对氧化铟锡电极进行表面等离子处理，通过喷涂的方式将所述聚苯胺包被的金纳米棒均匀沉积到氧化铟锡电极表面，以实现稳定加强的局域表面等离子体共振检测。

进一步地，所述激励电极单元还包括参比电极242，所述参比电极242的输入端与所述扫描电势单元222的输出端电连接，所述参比电极242的输出端与所述反应池241电连接以对所述待测溶液产生激励。

具体地，所述参比电极242可采用银/氯化银电极，用以输出稳定的扫描电势激励信号。

具体地，所述银/氯化银电极可通过电解法制备，制备方法如下：

(1)将纯度为99.99％的银丝电极进行表面预处理，包括除去表面硫化物，除油等；

(2)以铂电极作为辅助电极，并将其与电源负极连接，将经过预处理的银丝电极与电源正极连接；

(3)将银丝电极和铂电极置于25℃条件下浓度为1mol/L的HCl溶液中，接通4mA的直流电3h，在氯化过程中需不断摇动银丝，使得氯化均匀。

进一步地，所述装置还可以包括检测腔240，所述检测腔240用于与所述电路板220进行电连接和进行传感实验，所述检测腔240包括所述反应池241，所述参比电极242嵌入在所述反应池241内，与所述工作电极250和对电极230构建三电极系统实现扫描电势的施加。

具体地，所述检测腔240的大小不大于长9mm×宽9mm×深2mm，以实现检测过程中少量的待测物消耗。

具体地，所述检测腔240还包括电路板连接触点243、工作电极连接触点244和对电极连接触点245，所述电路板连接触点243通过内部走线的方式分别与参比电极242、工作电极连接触点244、对电极连接触点245实现电连接。在具体实施中，所述检测腔240通过3D打印技术制备出轮廓，通过引线包埋并焊接触点的方式实现检测腔240的内部走线，以达到装置的简洁化和抗干扰效果。

具体地，所述检测腔240还包括对电极限位槽246和工作电极限位槽247，所述对电极230可通过防水胶粘贴到所述对电极限位槽246中，所述工作电极250通过所述工作电极限位槽247固定在所述检测腔240上。具体地，所述对电极限位槽246和工作电极限位槽247可达到简化电极组装的效果。

具体地，所述装置还包括处理器223，所述处理器223的输出端与所述扫描电势单元222的输入端及所述光源221的输入端电连接，用于设置所述扫描电势的参数，所述参数包括输出范围区间、输出升压间隔和输出时间间隔。在一实施例中，所述处理器223可以包括MSP430FR2111RLL芯片。具体地，所述MSP430FR2111RLL芯片具有3.75KB程序FRAM，1KB的RAM，尺寸为长3mm×宽3mm×高0.8mm，可提供16MHz的频率用以实现快速的指令执行性能，具有优化的低功耗模式，以适应便携式的电池225供电应用。

进一步地，所述光源221、扫描电势单元222与处理器223集成在同一电路板220上，以实现装置的小型化设计。

进一步地，如图5和图6所示，所述电路板220还可以包括数字模拟转换单元224，所述扫描电势经过所述数字模拟转换单元224由数字信号到模拟信号的高精度转换处理后输出。在一实施例中，所述数字模拟转换单元224由芯片DAC80502实现16位的高精度数模转换。

进一步地，如图3和图4所示，所述电路板220上安装有电池225，所述电池225与所述电路板220电连接，用于提供电源，在一实施例中，所述电池225单元由提供3V标压的纽扣电池225及其底座构成。

进一步地，如图3和图4所示，所述电路板220还包括电源管理单元226，所述电源管理单元226的输入端与所述电池225的输出端电连接，所述电源管理单元226的输出端与所述电路板220电连接，用于调整电压以满足所述电路板220内部各芯片对于电压的不同需求。在一实施例中具体地，所述电源管理单元226可包括电源管理芯片TPS63900，所述TPS63900电源管理芯片可实现在1.8V至5V范围内稳定调整输出电压，所述TPS63900电源管理芯片将3V直流电转换为3.3V用以向所述处理器223供电，将3V的直流电转换为5V用以向所述光源221供电。

在一实施例中，如图3和图4所示，所述电路板220还包括复位按键227，所述复位按键227的功能在于通过单次按键实现依次完成电源开启、光源221开启、电势输出、光源221关闭和电源关闭的全过程，用以实现简化传感过程。

在一种实施例中，如图3和图4所示，所述电路板220还包括检测腔电极接口228，用于和检测腔240上的电路板连接触点243连接，以实现检测过程中的工作电极250、对电极230和参比电极242的接触式电连接，而无需额外的固定操作，以达到所述检测腔240与所述电路板220组装过程的简化效果。

具体地，如图7所示，所述装置还包括支架100，所述支架100包括用于承载反应池241的检测台110、与所述检测台110固定连接的支架壁120、与所述支架壁120固定连接的支架板130以及固定在所述支架板130上的光线入射口140和光纤接头150，其中所述光线入射口140垂直于检测台110所在的平面，使得检测盒200发出的光线可以更顺利的被捕获，所述光纤接头150通过光纤400与所述分光光度计300连接，以实现消光度的检测。

进一步地，如图8-图10所示，所述装置还可以包括检测腔240，所述检测腔240包括所述反应池241，所述参比电极242嵌入在所述反应池241内，与所述工作电极250和对电极230构建三电极系统实现扫描电势的施加。

在一实施例中，所述装置还包括用于固定所述电路板220和检测腔240的检测盒200，所述检测盒200的外形体积不大于长66mm×宽46mm×高19mm，用以实现传感装置的小型化和便携化。

具体地，如图11-图16所示，所述检测盒200包括检测盒盖260和检测盒底座210，所述检测盒盖260包括检测盒盖固定脚264和检测盒盖限位脚261，所述检测盒底座210包括检测盒盖固定口211和检测盒盖限位口212，其中，所述检测盒盖260通过所述检测盒盖固定脚264和检测盒盖固定口211固定在所述检测盒底座210上，并通过所述检测盒盖限位脚261和检测盒盖限位口212限定所述检测盒盖260的活动范围；

进一步地，所述检测盒盖260还包括用于透过检测信号的检测窗262和用于固定工作电极250的工作电极压脚263。

进一步地，所述检测盒底座210还包括用于承载所述光源221的光源底座213、用于和所述电路板限位口229配对以固定所述电路板220的电路板限位桩214、用于透过复位按键227的复位按键窗215、用于调整所述工作电极250位置的工作电极调整窗216以及用于通风散热的检测底座漏栅217。

在一种可能的实现方式中，如图17所示，所述激励电极单元、检测腔240以及电路板220可以集成在所述检测盒200中，所述电路板220固定在所述检测盒底座210上，所述激励电极单元中的工作电极250固定在所述检测腔240上表面，所述激励电极单元中的对电极230固定在所述检测腔240下表面，所述检测腔240固定在所述电路板220上部并进行电连接。所述检测盒200可以防止在所述支架100的检测台110上，所述支架100的光线入射口140对准所述检测盒盖260上的检测窗262，所述分光光度计300通过光纤400连接到所述支架100的光纤接头150上，以接收通过所述光线入射口140的光线并得到消光度。

在一种可能的实现方式中，按下复位按键227后的响应如图18所示，首先信号由按键传递到处理器223，控制开启光源221以完成光谱的检测，控制扫描电势单元222产生阶跃扫描电势，并经由数字模拟信号转换单元后输出，以完成电势扫描局域表面等离子体共振的检测。

在一种可能的实现方式中，电势扫描局域表面等离子体共振检测的流程如图19所示，处理器223设置输出扫描电势的参数并根据这些参数控制恒电势仪产生输出扫描电势，与此同时开启光源221进行光激励；在输出扫描电势的过程中，检测电势是否输出完成，如果没有，则继续输出，如果已完成，则关闭光源221，并结束检测过程。

本发明实施例以典型的电活性生物分子尿酸为例说明电势扫描局域表面等离子体共振的传感过程，实验步骤如下：

(1)使用0.01mol/L的磷酸盐缓冲液作为溶剂，分别配置浓度为20μmol/L、40μmol/L、60μmol/L、80μmol/L、100μmol/L的尿酸溶液作为待测溶液；

(2)使用所述电势扫描局域表面等离子体共振的传感装置，通过聚苯胺包被的金纳米棒修饰的氧化铟锡电极，进行检测应用；

(3)依次将上述待测物溶液加入到反应池241251中，并在按下复位按键227的同时记录光谱强度随施加电势的变化。

进一步地，电势扫描局域表面等离子体共振的传感机理可以描述为：

金纳米棒表面的自由电子分布受电化学信号如施加电势的影响而发生改变，结合局域表面等离子体共振的共振吸收峰位移受金纳米棒表面电子分布影响的特性，当改变金纳米棒上的施加电势时，局域表面等离子体共振的共振吸收峰会随之改变。当对金纳米棒施加线性的扫描电势时，其共振吸收峰在某一波长处发生的变化在一定范围内亦呈线性，即电势扫描局域表面等离子体共振，其结果以电势-消光度谱表现出来。基于此，外界信号如电活性生物分子的电化学氧化还原过程中产生的电信号等作用于该电势扫描局域表面等离子体共振时，其电势-消光度谱也相应的发生变化，且该变化能够反映出发生电化学氧化还原反应的分子的氧化还原电势及浓度属性，进而实现对待测物的特异性检测。

进一步地，以电活性生物分子尿酸为例，电势扫描局域表面等离子体共振的传感机理可描述为：

当反应池241中存在电活性分子尿酸时，在施加扫描电势的过程中尿酸发生氧化反应，并发生电子转移，特别的当扫描电势达到0.35V(即尿酸的氧化电势)时，尿酸氧化释放电子的量达到最大，此时对纳米复合物表面的电子密度的影响也最大，表现在电势-消光度谱上便是在0.35V处即氧化电势处的消光度的抬升。因为不同的电活性生物分子具有不同的氧化电势，所以根据检测到的消光度抬升点可以判断待测物的种类，即特异性。

上述电势扫描局域表面等离子体共振的传感检测实验的结果如下：

如图20所示，随着尿酸浓度的增加，电势-消光度谱的改变量也相应的变大。结果表明，随着尿酸浓度的增加，尿酸氧化转移的电子量也相应的增加，在基于聚苯胺包被的金纳米棒修饰的氧化铟锡电极上，其影响也变大，即消光度的增加。图21展示了在尿酸的氧化电势0.35V处的消光度变化情况，由图可知，随着尿酸浓度的增加，其消光度的改变量与尿酸浓度之间近似呈线性关系。因此，可以通过所述电势扫描局域表面等离子体共振的传感装置和方法实现尿酸等电活性生物分子的检测。

本发明提供的一种电势扫描局域表面等离子体共振的传感检测装置的工作原理如下：

将检测盒200放置在支架100的检测台110上，并按下复位按键227。此时装置电源开启，处理器223控制LED灯点亮，并设置扫描电势输出参数。在LED灯的激励下，工作电极250上修饰的纳米复合物表现出局域表面等离子体共振现象。在扫描电势的作用下，工作电极250上修饰的纳米复合物所表现出的局域表面等离子体共振现象呈现线形变化的趋势，即形成电势-消光度谱。同时，在扫描电势的激励下，待测溶液被电化学氧化而产生电子转移，该电子转移作用于电势扫描局域表面等离子体共振，使得其电势-消光度谱也相应发生改变，通过分光光度计300检出消光度随扫描电势的变化情况，即得待测溶液的种类和浓度信息，进而实现装置的传感检测应用。

图22是根据一示例性实施例示出的一种电势扫描局域表面等离子体共振的传感检测方法流程图。参照图22，该方法包括：

步骤S11：将待测溶液加入到反应池241中；

步骤S12：同时打开光源221和扫描电势单元222，以使得所述扫描电势单元222输出扫描电势到激励电极单元，所述激励电极单元产生等离子体共振效应并对所述待测溶液产生激励；

步骤S13：通过分光光度计300记录消光度随所述扫描电势的变化而产生的变化，得到电势-消光度关系，以得到所述待测溶液中电活性生物分子的种类；

步骤S14：记录同一电活性生物分子的不同浓度待测溶液下的电势-消光度关系；

步骤S15：根据所述不同浓度待测溶液下的电势-消光度关系，得到待测溶液浓度与消光度的关系，以实现对所述电活性生物分子的待测溶液浓度的传感检测。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。