本发明属于基于液晶的生物分子传感器，具体涉及一种液晶生化传感器及其用于检测生物分子浓度的装置和方法。
背景技术：
1、液晶(lc)材料因其对外部刺激如电场、温度和光的高度敏感性，在生物传感领域具有显著潜力，尤其是在利用其分子排列的灵活性来检测生物分子的变化方面。然而，尽管传统的液晶生物传感器能够通过监测液晶分子取向的变化来检测生物分子，这些技术仍存在几个关键的局限性。首先，这些传感器的检测灵敏度和检测限(lod)通常不足以捕捉低浓度的生物标志物。其次，液晶生物传感器对环境因素如温度和机械振动极为敏感，这种敏感性常导致结果的不稳定和误差，影响传感器的可靠性和重复性。此外，传统技术的操作复杂性也是一个主要障碍。液晶生物传感器的制备和使用通常涉及复杂的液晶细胞制备、精密的表面化学处理和严格的温度控制，这些需求不仅增加了操作的难度，也限制了其在需要快速现场检测的应用场景中的实用性。而且，许多传统传感器依赖于化学标记来增强检测信号，这不仅增加了测试的成本，还可能影响生物样本的本质状态和功能。
2、针对这些限制，本发明的一种液晶生化传感器及其用于检测生物分子浓度的装置和方法，显著简化了生物传感的过程。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供一种液晶生化传感器及其用于检测生物分子浓度的装置和方法，以解决现有技术中的灵敏度、稳定性和操作复杂性问题，同时实现无标记的生物分子检测。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、一种液晶生化传感器，所述液晶生化传感器，通过激光照射与待测生物分子相互作用，产生光学响应；
4、所述液晶生化传感器包括一个液晶盒和直接位于其下方的电压驱动面板；
5、所述液晶盒，通过激光照射与待测生物分子相互作用，产生光学响应；
6、所述电压驱动面板，用于调节电压以控制液晶盒的光学性质，使所述光学性质在激光照射下根据待测生物分子的浓度产生不同的光学响应。
7、优选的，所述液晶盒自上而下依次包括顶部ito玻璃、液晶层以及底部ito玻璃；其中，所述底部ito玻璃通过金属连接线与所述电压驱动面板连接；
8、所述顶部ito玻璃表面均匀溅射有ito，作为液晶盒的公共电极，其中，ito是金属透明氧化物的一种；
9、所述液晶层，在液晶生化传感器中充当一种传感介质，用于检测和响应生物分子的存在；
10、所述底部ito玻璃经预设图案化处理，形成均匀分布的电压控制阵列电极。
11、优选的，所述电压驱动面板自上而下依次包括cmos阵列以及pcb板；
12、所述pcb板，用于向cmos阵列提供电压控制信号；
13、所述cmos阵列，用于基于所述电压控制信号，将电压应用于所述液晶盒底部均匀分布的电压控制阵列电极。
14、本发明还提供一种用于检测生物分子浓度的装置，应用液晶生化传感器，还包括光路传输模块、图像采集模块以及控制器；
15、所述光路传输模块，用于产生并传输激光至所述液晶生化传感器表面，以激发光学响应；
16、所述液晶生化传感器，用于通过激光照射与待测生物分子相互作用，产生光学响应；
17、所述图像采集模块，用于将光学响应转换为图像数据；
18、所述控制器，用于分析所述图像数据，并基于分析结果调节液晶生化传感器。
19、优选的，所述光路传输模块包括：
20、激光器，用于产生特定波长的激光以激发液晶生化传感器；
21、反射镜，用于反射所述激光至液晶生化传感器表面；
22、透镜，用于聚焦反射镜反射的激光；
23、物镜，用于放大所述液晶生化传感器中液晶层的光学特性；
24、偏振片，用于选择特定偏振方向的光线通过，基于特定偏振方向的光线分析所述液晶层反射或透过的光。
25、本发明还提供一种用于检测生物分子浓度的方法，应用所述装置进行生物分子浓度检测，包括以下步骤：
26、基于不同电压下，液晶生化传感器中液晶层液晶分子的亮度变化，建立电压-亮度关系模型；
27、将待测生物分子引入到液晶层中，通过电压驱动面板调控液晶层各个区域的电压，将液晶分子调整至特定的旋转角度；
28、基于达到特定旋转角度的液晶分子，使液晶层产生均匀的亮度响应，并记录电压驱动面板上相应各点的电压值；
29、基于所述电压-亮度关系模型，将所述电压值转换为液晶分子亮度分布数据；
30、基于所述液晶分子亮度分布数据以及已知相应生物分子浓度，建立亮度-生物分子浓度关系模型；
31、基于所述亮度-生物分子浓度关系模型，计算获得待测生物分子的浓度，完成整个生物分子浓度的检测过程。
32、优选的，还包括将待测生物分子引入所述液晶层，当待测生物分子与液晶分子相互作用导致液晶分子的排列发生变化时，捕捉并记录液晶分子的亮度变化图像；
33、配合高精度微米级电压控制技术分析所述亮度变化图像，并基于分析结果调节液晶生化传感器，以响应和量化生物分子的浓度变化。
34、优选的，所述电压-亮度关系模型表达式如下：
35、l＝100×(1-exp(-k×(v-vth)γ))，
36、其中，l是液晶分子的亮度百分比，v是测得的电压值，vth是电压的阈值，k和γ是实验确定的常数。
37、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
38、本发明设计的新型传感器利用创新的液晶盒设计和优化的分子取向控制技术，逆向还原液晶分子的排列状态，电场对液晶排列的精确调控使得该传感器能够检测到极低浓度的生物分子。无需依赖外加的化学标记即可直接监测生物分子的存在和活动，降低成本和潜在的生物危害。本发明能够更准确地监测和分析液晶在生物分子存在下的行为变化，从而实现对各种生物标志物的快速、准确检测。此外，该技术通过减少对复杂化学或生物标记的依赖，为开发更经济、更环保的生物检测方法开辟了新路径。
1.一种液晶生化传感器，其特征在于，所述液晶生化传感器，通过激光照射与待测生物分子相互作用，产生光学响应；
2.根据权利要求1所述的液晶生化传感器，其特征在于，所述液晶盒自上而下依次包括顶部ito玻璃、液晶层以及底部ito玻璃；其中，所述底部ito玻璃通过金属连接线与所述电压驱动面板连接；
3.根据权利要求1所述的液晶生化传感器，其特征在于，所述电压驱动面板自上而下依次包括cmos阵列以及pcb板；
4.一种用于检测生物分子浓度的装置，应用权利要求1-3任一项所述的液晶生化传感器，其特征在于，还包括光路传输模块、图像采集模块以及控制器；
5.根据权利要求4所述的用于检测生物分子浓度的装置，其特征在于，所述光路传输模块包括：
6.一种用于检测生物分子浓度的方法，应用权利要求4-5任一项所述的装置进行生物分子浓度检测，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于检测生物分子浓度的方法，其特征在于，还包括将待测生物分子引入所述液晶层，当待测生物分子与液晶分子相互作用导致液晶分子的排列发生变化时，捕捉并记录液晶分子的亮度变化图像；
8.根据权利要求6所述的用于检测生物分子浓度的方法，其特征在于，所述电压-亮度关系模型表达式如下：
