[發明專利]基于新型微結構光纖的高效熒光檢測

有效

• 申請號: 201310001215.0
• 申請日: 2013-01-04
• 公開（公告）號: CN103063645B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 周文遠;李志莉;劉艷格;田建國
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種熒光檢測裝置，基于新型空心微結構光纖，結合了光纖側面探測系統。該裝置適用于高靈敏度檢測要求，并且可用于多種類的一維陣列熒光檢測。

背景技術

目前，微結構光纖(MOF)已被廣泛用于熒光檢測和生物傳感，在光纖內部的一個長的相互作用的中空空間適合固定被檢測物質，它具有簡單，快捷，微型化的顯著優勢。在許多研究中，主要關注樣品溶液的極限檢測濃度。吊芯MOF具有高效率的倏逝波傳感，Schartner等人用于檢測CdSe量子點達到10pmol/L的水平。然而，吊芯MOF有小的光與物質交疊面積和相應小的熒光信號。

空心微結構光纖(HC-MOF)被認為是一種很有前途的工具，液體填充空芯光子晶體光纖用于生物熒光檢測能把光束縛在中心孔中，比實心光子晶體光纖提高光和物質相互作用。但是，使用液體填充空心光纖會引起空心光纖的帶隙漂移和光限制損耗增加。液芯光纖指光纖外包層的有效折射率低于液芯的折射率，光束在液體與管道壁的界面上發生全反射，幾乎無損的在纖芯傳導光。Smolka等人使用液芯微結構光纖以及微量樣本，探測羅丹明染料的濃度達到100pmol/L，是目前使用微結構光纖進行熒光檢測達到的最低濃度。

Afshar V等人采用共線型裝置探測對比使用激發光與檢測系統前向檢測法和后向檢測法，進行基于微結構光纖的熒光檢測。然而共線型探測裝置只能探測單一信號，激發光的背景影響也比較大。因此發明一個能較好降低激發光的影響，提高熒光的檢測靈敏度，并且能探測多個液體熒光信號的檢測裝置具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是：采用液體選擇性填充新型空芯光子晶體光纖的中心孔，增大光和物質相互作用強度，結合設置正交光路型探測裝置檢測光纖側壁出射的熒光，降低基于光子晶體光纖的熒光探測的背景影響，實時在線探測微弱熒光信號，提高熒光檢測的靈敏度。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：將待測羅丹明溶液選擇性填充一種新型空心光纖的中心孔，得到空氣芯和液體芯交替出現的多段填充的光纖，通過模擬分析光纖在532nm激發光下空芯和液芯的幾種典型模式場以及有效折射率隨波長變化的色散曲線，并且結合實際的激發光通過光纖的輸出光場圖，表明在這種多段填充的光纖中，激發光能夠被束縛在中心孔中與待測液體充分作用。檢測裝置首先將激光器的出射光通過耦合系統耦合進入空心光纖，而光纖另一端先經過選擇性封堵包層孔，然后通過毛細作用將一小段液體吸入中心孔，進而用注射器推進小段空氣，接著重復吸入小段液體和注射器推進小段空氣的過程實現多段填充。激發光從光纖一端進入為帶隙引導模式傳輸，經過液柱段時由于纖芯折射率大于包層有效折射率，轉換為折射率引導模式傳輸，經過空氣柱段有轉變為帶隙引導模式，之后交替變化，多次激發液柱段。同時采用在光纖側面設置探測裝置，其中探測裝置為裝有高性能濾光片的熒光顯微鏡，焦平面探測點調整到光纖中心孔中空氣與液體膠界面處，并且連接CCD和計算機來實時在線來獲取濾波后的熒光信息。通過相對移動探測點位置，來分別的做多段液體的熒光檢測，初步設計實現高效率的一維陣列熒光檢測。

本發明的優點是：可以實時在線檢測微量的超低濃度的液體熒光染料，并且可以分別檢測多段或者多種液體的熒光強度，即空間分辨熒光檢測，有效地降低了檢測液體的極限濃度，提高了生物檢測的靈敏度，結構系統能實現集成化，微型化。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是新型微結構光纖截面結構圖；

圖2是本發明的檢測裝置結構示意及作用原理圖；

其中：1-532nm激光器；2-激光光束；3-光闌；4-耦合系統；5-CCD；6-長通濾波片；7-顯微鏡；8-三維平移臺；9-出射熒光信號；10-新型空心微結構光纖；11-待測溶液；

圖3為實例1中光纖側面采集一段液體熒光進行橫向提取熒光信號的過程結果圖；

圖4為實例1中采集熒光強度與液體最低檢測極限的濃度關系圖；

圖5為實例2中光纖側面采集兩段液體熒光進行橫向提取熒光信號的過程結果圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

參見圖1所示，新型微結構光纖具有大的光和物質交疊面積，中心孔六角形邊長15μm，由二氧化硅薄壁圍成的一圈包層孔，壁厚度為500nm左右，這些孔圍成的圓直徑為70μm，光纖外包層圓直徑170μm。

參見圖2所示，一種基于新型微結構光纖以及光纖側面設置檢測系統的熒光檢測裝置。