[發(fā)明專利]一種具有溫度校正的多光纖SPR探頭

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610018003.3
• 申請日: 2006-06-23
• 公開（公告）號: CN101093193A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設計）人: 胡建東;賈偉;胡小寧;李偉;姚傳安;趙向陽
• 申請（專利權）人: 河南農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所
• 代理人: 時立新

技術領域

本發(fā)明涉及一種有溫度校正的多光纖束SPR探頭，特別是具有多光纖通道的分別能夠?qū)囟群蛯Ρ粶y物敏感的SPR探頭，有效地解決了由于溫度而引起的SPR檢測的穩(wěn)定性和測試精度問題，這種具有溫度校正的多光纖束SPR探頭在農(nóng)業(yè)環(huán)保、生物醫(yī)學和食品安全領域具有重要的意義。

背景技術

表面等離子共振(SPR)是電磁波所激勵的在金屬和電介質(zhì)交界面上形成的影響電磁波傳播的諧振波。在光波的激發(fā)下，在金屬與介質(zhì)的界面產(chǎn)生倏逝波，當入射光的波矢沿著平行于交界面方向的分量與表面等離子波(SPW)的波矢相等，倏逝波引起產(chǎn)生表面等離子共振，因此光在傳播過程中發(fā)生能量損失，在宏觀上表現(xiàn)為某些光譜被強烈吸收。SPW對介質(zhì)的折射率的微小變化都極其敏感。如果讓被測樣品與傳感器表面的耦合層接觸，由于存在著吸附或者化學反應，被測樣品的折射率發(fā)生變化。根據(jù)這一原理，人們在應用上做了廣泛的探討，研究開發(fā)出了多種多樣的光學SPR傳感器，在結(jié)構上可分為：棱鏡耦合式SPR傳感器、光纖式SPR傳感器和光柵耦合式SPR傳感器。目前只有棱鏡式SPR傳感器從實驗室走向市場，但這些產(chǎn)品都有共同的不足之處：體積大、結(jié)構復雜、不易攜帶、價格高，特別是環(huán)境溫度對測定結(jié)果的影響很大。目前只有Bicore公司生產(chǎn)的基于棱鏡耦合式SPR傳感器及分析儀器具備了溫度控制，確保傳感器表面的溫度恒定，而光纖SPR傳感器，是一個開放性的測試系統(tǒng)，無法像棱鏡耦合式SPR傳感器那樣，內(nèi)部嵌入溫度控制器。因此研究開發(fā)一種結(jié)構簡單、攜帶方便、具有溫度校正的光纖SPR探頭且易于實現(xiàn)產(chǎn)品化的SPR傳感器成為當務之急。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構簡單、攜帶方便且易于實現(xiàn)產(chǎn)品化的具有溫度校正的多光纖束SPR探頭。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種具有溫度校正的多光纖SPR探頭，它包括一個表面設有Au膜的半球型棱鏡，半球型棱鏡的端面上設有兩組在垂直方向耦合于棱鏡端面的光纖束，每組光纖都關于棱鏡端面的圓心中心對稱，兩組光纖束垂直端面的方向上對應的球面Au膜上分別固化有生物化學敏感膜和溫度敏感膜。

所述的Au膜厚度為30～100nm。

所述的Au膜厚度為50nm。

所述的生物化學敏感膜和溫度敏感膜的厚度均為50nm～200μm。

所述的光纖束封裝在不銹鋼套管中，光纖束下端與棱鏡端面粘結(jié)。

本發(fā)明提供了一種基于SPR技術的具有溫度校正的多光纖束SPR探頭，該光纖探頭由鍍有Au膜的半球型棱鏡、被測樣品的敏感膜、溫度敏感膜及兩組光纖束組成的復合結(jié)構。在半球型的棱鏡表面上設置一層Au膜，棱鏡端面與光纖束粘接，光纖束封裝在不銹鋼套管中，僅將生長有對溫度和被測物敏感膜的半球型棱鏡暴露于被測的液體中，構成了具有溫度校正的復合SPR探頭。可以利用SPR原理實現(xiàn)溫度高精度探測，實現(xiàn)被測物質(zhì)的高精度探測。由SPR實時檢測待測液的溫度和被測物質(zhì)的濃度，然后由實測溫度代入校正模型去校正溫度對測試結(jié)果的影響，有效地解決了光纖SPR傳感器應用中，由于溫度而影響測定結(jié)果的穩(wěn)定性和測試精度的問題，提高被測物質(zhì)濃度的測試靈敏度和精確度。它易于攜帶，制造成本低，在農(nóng)業(yè)環(huán)保、生物醫(yī)學和食品安全領域具有重要的意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；

圖2為本發(fā)明的右視圖；

圖3為本發(fā)明的俯視圖。

具體實施方式

實施例：如圖1-3所示的具有溫度校正的多光纖SPR探頭，在半球型的棱鏡5的圓弧表面上生長了30nm～100nm厚的Au膜6，本實施例中Au膜6厚度為50nm，厚度太小不容易設置，厚度太大會影響光線的穿透。有兩組光纖束1、2和3、4在垂直方向耦合于棱鏡5的端面上，兩組光纖束垂直端面的方向上對應的球面處分別設有生物化學敏感膜7和溫度敏感膜10，根據(jù)具體情況設置不同厚度，在50nm～200μm范圍內(nèi)。兩組光纖束，在棱鏡5端面上分別處于兩組光線入射點和光線反射點位置上，其中一組光纖束1、2用于溫度信號的SPR探測和光波的傳導，另一組光纖束3、4用于探測待測物質(zhì)的SPR相關信息和光波的傳導。

圖中1是溫度測量的入射光光纖束，2是溫度測量的反射光纖束，3是目標分析物測量的反射光纖束，4是目標分析物測量的入射光光纖束，5是半球型棱鏡，6是Au膜，7是生物化學敏感膜，8是目標分析物溶液。

當一束經(jīng)過偏振片處理的寬帶光源耦合進溫度測量光纖束1，并經(jīng)棱鏡5傳導至Au膜6處，特定波長激發(fā)產(chǎn)生表面等離子波，隨著被測物的濃度的變化，產(chǎn)生表面等離子共振。分析經(jīng)反射光纖2傳導出的SPR光譜信息，可知等離子體共振波長，而共振波長與液體介質(zhì)折射率存在對應關系，液體介質(zhì)8折射率與液體溫度存在一定的線性關系，據(jù)此來實現(xiàn)對溫度的測定，代入SPR溫度校正模型，進而實現(xiàn)溫度的校正。另一束寬光源經(jīng)另一組入射光纖束4傳導至生物化學敏感膜7，激發(fā)產(chǎn)生表面等離子共振波，共振波長及折射率與生物化學敏感膜所接觸到的目標分析物的濃度及性質(zhì)有對應關系，分析出射光纖3傳導出的SPR光譜信息，即可測定目標分析物的濃度。