[發明專利]基于環形芯波導的等離子體諧振式光纖生物傳感器

有效

• 申請號: 201010032423.3
• 申請日: 2010-01-06
• 公開（公告）號: CN101769857A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 苑立波;關春穎;楊軍;劉志海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種光纖傳感器，主要是用于生物檢測的光纖傳感器，特別 是一種基于環形芯波導的等離子體諧振式光纖生物傳感器。

(二)背景技術

表面等離子體共振(Surface?plasmon?resonance，SPR)生物傳感器是近代物 理學與生物學相互結合的產物。目前商用化的SPR傳感裝置多采用掃描入射角 的方式來工作，整個SPR傳感測試系統相當復雜，體積龐大，SPR信號易受到 機械結構、光源波動等外界因素影響的缺點這也大大限制了該傳感器的使用。

光纖表面等離子體波共振傳感器是今后SPR傳感技術發展和系統微型化要 求的自然延伸。光纖SPR傳感器的研究與應用較棱鏡型SPR傳感器要晚的多， 但由于光纖SPR傳感器采用光纖作為光的傳輸媒介，使得這種傳感器具有以下 優點：可以使被測空間縮小到光纖直徑尺寸的數量級，因此可以很方便的探測一 些用其它類型傳感器難于進入或有害的地方；它可以通過光纖對信號進行傳輸， 實現長距離的實時檢測；易于實現儀器的微型化等等，同時使SPR傳感器的分 析方法和測量手段有了很大的改觀。因而近期也成為了SPR傳感器研究領域的 新熱點。由于光纖SPR傳感器自身的諸多優點，所以有必要對光纖SPR傳感器 進行改進，進一步拓寬其應用領域，以提高我國生物化學檢測水平。

光纖表面等離子體傳感探頭主要有在線傳輸式和終端反射式兩種結構。早期 Jorgenson使用的為多模光纖(見美國專利N0.5,647,030和N0.5,853,645)，但多 模光纖由于模式的耦合、偏振態的損失，與棱鏡耦合式SPR相比，只能得到寬 而低的峰，但其傳輸能量較高。為了克服這一缺點，在單模光纖的尖端激發SPR 的傳感器被報道[Maria?L?D，Actuators?B，12，221，1993]，單模光纖可以保持激發光 的偏振態；只耦合單一反射角的光進入光纖傳輸，能得到反射背景較小的尖銳的 SPR共振峰。其中，也有人對單模光纖進行融熔拉錐后再制作SPR傳感器。但 這種方法，無論是用波長還是光強作為指示參數，都降低了傳感器的靈敏度。把 單模光纖微彎后對其包層進行研磨(見美國專利NO.5,327,225)，其上涂以一層 金屬膜，通過傳輸光從光纖探頭的衍射獲得空間的SPR也被提出。不久探測折 射率的錐形金屬鍍層光纖SPR傳感器也被研究[Díez?A，Sens.Actuators?B，73，95， 2001]。雙錐形或四錐形光纖SPR傳感器同時對水汽和液體相位的檢測是另一個 重要進步[Kim?Y，Opt.Lett.，30，2218，2005]。臺灣Chiu提出了基于外差干涉測量 的D形單模光纖SPR生物傳感器，利用相位檢測替代傳統的強度檢測[Chiu?M?H， Opt.Lett.，30，233，2005]。

綜上所述，目前的多模光纖SPR傳感器靈敏度和信噪比不是很高，很難確 定精確的確定諧振波長，單模光纖芯徑尺寸小耦合光較弱，另外尺寸小制作也較 困難，難以得到質量好、重復性高的纖芯探頭。這些不足和缺陷有待新的技術和 方法加以克服和改進，以便SPR傳感技術得到更好的推廣和應用。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種以提高探測靈敏度，實現生物傳感器微小型化的 基于環形芯波導的等離子體諧振式光纖生物傳感器。

本發明的目的是這樣實現的：

它由寬帶光源、光纖耦合器、光纖探頭、探測器、光譜儀、信號處理器連接 組成；所述的光纖耦合器由單模光纖和環形芯光纖耦合而成，其單模光纖與寬帶 光源的輸出連接、環形芯光纖與光纖探頭連接；所述的光纖探頭是環形纖芯單模 光纖采用熔融拉錐技術或裸光纖端面研磨方法把光纖端研磨成所設計角度及高 度的錐臺，將研磨后的錐臺表面用溶劑進行清潔和拋光處理使表面清潔光滑，采 用金作為的薄膜材料，利用真空蒸發鍍膜設備進行金膜的鍍制，在錐臺表面沉積 一層45-55nm的金膜，端面進行二次鍍膜，使光纖端面形成190-210nm的反射 膜，制成的光纖探頭。

本發明還可以包括：

1、環形芯光纖與光纖探頭之間連接有PZT調制器。

2、所述的單模光纖與寬帶光源的輸出連接是寬帶光源的光耦合到一個三端 口光纖環形器，三端口光纖環形器輸出端連接單模光纖；光纖探頭在裝有待測物 質溶液中的樣品池中的反射光按原路徑返回，經三端口光纖環形器由探測器接收 后由光譜儀輸出，最后輸入信號處理器進行信號處理給出測試結果。