[實用新型]等離子體共振傳感探頭

無效

• 申請號: 200820028210.1
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN201159718Y
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 王麗莉;孔德鵬;康利軍;汪艦;郭昭龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/55
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司
• 代理人: 商宇科

技術領域

本實用新型涉及一種傳感探頭，尤其是一種等離子體共振傳感探頭。

背景技術

表面等離子體共振是一種由包圍有絕緣材料的薄金屬膜導向的橫向磁性電磁波。等離子體是一種表面效應，這種表面效應使金屬和絕緣體界面之間的電子密度發生波動。當倏逝場中的能量和金屬膜上的等離子體發生耦合時，將會產生表面等離子體共振。耦合量對金屬膜兩面的絕緣材料的折射率是極其敏感的。如果有一面的絕緣層是由化學樣品組成的，則我們可以通過測定倏逝波場與等離子體共振耦合的變化來監測樣品的折射率的變化。

起初，表面等離子體共振被作為監測金屬表面的探針，后來用于化學和生物化學傳感器。在初期應用中，金屬膜被沉積在棱鏡表面。由偏振光照射在棱鏡/金屬的界面上發生反射，此時的入射角小于臨界角，并用光電探測器對其監控。當激光的入射角從高角度掃描至接近臨界角時，將會看到在一個不連續的角度，反射率突然變到最小值。在這個角度，棱鏡中的光波矢量與等離子體的波矢量相匹配，激光的能量通過反射點的倏逝場轉入到等離子體中。最小值的位置主要由沉積在金屬表面的材料的折射率決定。樣品折射率的增加將導致產生最小反射率的角度的增加。

表面等離子體共振已經應用于光纖光學通信領域，作為有序的、全光纖偏振裝置的基礎。可以用有金屬膜包層的光纖表面的等離體共振效應進行化學反應監測。然而，只有那些折射率大于1.39左右的樣品才可以被監測。這是由光纖表面等離子體共振傳感器固有的局限性。大多數的化學和生物化學的應用都需要在水溶液中測定，其折射率一般在1.33到1.35。為了對這個折射率范圍內的樣品進行監測，必需對傳統的金屬光纖芯皮結構進行改進。

現有的光纖表面等離子體共振(SPR)裝置本身沒有測定折射率在1.33-1.35水系的能力，而現有的棱鏡SPR裝置已經被證實對在線化學檢測、生物化學分析太復雜笨重。

實用新型內容

本實用新型為解決背景技術中存在的上述技術問題，而提供一種具有更寬的折射率范圍，測定靈敏度增強的等離子體共振傳感探頭。

本實用新型的技術解決方案是：本實用新型為一種等離子體共振傳感探頭，其特殊之處在于：該等離子體共振傳感探頭包括光纖基質1、內包層5和外包層6，光纖基質1設置在外包層6內，內包層5設置在光纖基質1中，內包層5由孔道2組成，孔道2的內表面上設置有金屬層3，金屬層3上設置有傳感層7。

上述孔道2為一個或多個。

上述孔道2為多個時，內包層5是由具有微結構光纖特征的周期性分布的孔道2構成。

上述金屬層3的材料是銀或金。

上述傳感層7的材料是電介質材料、聚合物材料、金屬氧化物、硫化物、半導體材料、有機層、無機層或玻璃材料。

上述傳感層7的材料是醋酸纖維。

上述光纖基質1為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。

本實用新型的等離子體共振傳感探頭采用的原理是：表面等離子體共振是一種金屬表面存在的自由電子的等離子體共振，這種共振受到與金屬表面相鄰的材料的折射率的影響，表面等離子體共振可以通過利用一束偏振光在一個具有高介電常數(比如醋酸纖維素)的界面被全反射的時候所產生的倏逝波獲得。來自激光源的光束被導入聚合物薄膜的內表面，監測器監控內反射光束。光纖孔道中的表面是貴金屬薄膜銀，而它的上面再涂上包含對測定物具有靈敏光學相應的功能分子或抗體，包含有分析物(抗原)的液體與孔道中固定的特異性物質接觸時，引起一種特異性化學或生物化學反應，例如抗原-抗體結合反應。反應如果發生，由于原-抗體復合物的尺寸比原來的抗體分子尺寸增加，第二膜的折射率改變，這種改變能夠利用表面等離子體共振技術檢測。表面等離子體共振能通過改變入射光的入射角和測量內反射光強度觀察。在一定的入射角，光動量的平行分量與金屬膜的反面的表面等離子體色散匹配；如果金屬膜的厚度選擇正確，就會出現在PMMA/金屬界面與金屬/抗體界面之間的電磁場耦合，導致表面等離子體共振，在特殊角度觀察到反射光束的衰減。因此實用新型提供了一種等離子體共振傳感探頭，它是一種可以檢測化學或生物化學樣品的折射率變化的表面等離子體共振傳感器，一種不需要使用任何特殊標記的分析方法。它比現今人們知道和描述的表面等離子體傳感器有更寬的折射率范圍。它比傳統的光纖表面等離子體共振傳感器有更高的分析靈敏度，和被分析的水溶液的折射率范圍更寬。使光纖表面等離子體共振傳感器能更好的應用于生物化學和化學領域。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式