[發明專利]光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201410175577.6
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103926217A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 周次明;李蒙蒙;吳慶知;范典;歐藝文
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;C03C25/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及一種光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器及其制備方法，尤其是一種使用光纖布拉格光柵和葡萄糖氧化酶相結合的光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器的制備方法，用于葡萄糖濃度的測定。

背景技術

光纖葡萄糖傳感器屬于光纖傳感器的一種特定類別，近年來，光纖葡萄糖傳感器的研究已得到越來越多研究者的關注，并進行了大量的研究。光纖傳感器具有靈敏度高、抗干擾能力強、響應快、成本低、有利于在線監測等優點。主要有以下幾種：

1.根據光纖內光強損耗與纖芯外環境有效折射率相關的原理，傳感器探頭為一段用純化學法處理的普通單模光纖，通過對不同外界環境條件下輸出光強度變化進行監測，實現葡萄糖濃度的測定。但這種類型的光纖生物傳感器不能實現對葡萄糖濃度的選擇性測量，即檢測的特異性較差，當溶液中有其他物質存在時會干擾對葡萄糖濃度的測定，因而它的使用會具有一定的局限性，限制了其在臨床醫學檢測方面的應用。此外，該檢測系統對光強度測量需要用到的光學儀器較多，成本較高。

2.Ming-Hung?Chiu等人將單模光纖的纖芯切掉一半，然后在切面表面鍍金，利用表面等離子體共振技術和外差干涉法測量葡萄糖濃度。但是這種傳感器測定葡萄糖濃度的特異性也較差，而且傳感器的制作和光路的調整都很復雜。

3.傳感器探頭由分離的酶膜和光敏膜兩部分組成，利用鎖相放大技術，通過檢測熒光猝滅的時間來測定葡萄糖濃度。這種傳感器雖然能夠實現對葡萄糖濃度的選擇性檢測，但是酶膜的制作過程比較復雜，導致傳感器的制備過程比較繁瑣，測量所需儀器成本較高。

4.Ting-Qian?Lin等人通過戊二醛連接劑將葡萄糖氧化酶固定在經過化學處理的單模光纖表面，并利用外差干涉法測量由外界環境變化引起的相位變化，實現對葡萄糖濃度的測定。這種方法能夠實現對葡萄糖濃度的選擇性測定，但是由于使用準直透鏡和檢偏鏡等儀器，使其光路的調節比較復雜，而且抗震能力差。

發明內容

本發明所要解決的問題是：為了克服上述現有技術的不足，提供一種結構簡單的可以實現對葡萄糖的選擇性檢測的光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器，同時提供易于制備該傳感器的方法。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器，其包括葡萄糖氧化酶、硅烷偶聯劑和包層減薄的光纖布拉格光柵，其中：光纖布拉格光柵的表面用硅烷偶聯劑處理，葡萄糖氧化酶通過交聯劑固定在光纖布拉格光柵的表面上。

所述的硅烷偶聯劑可以為γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或其衍生物。

所述的硅烷偶聯劑衍生物，包括對乙氧基硅烷、對甲氧基硅烷、異丁基三乙氧基硅烷等，但不局限于這幾種。

所述的光纖布拉格光柵可以為包層減薄到直徑為10～20μm的光纖光柵。

所述的交聯劑由EDC和NHS構成，其中EDC是1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽的英文縮寫，NHS是N-羥基琥珀酰亞胺的英文縮寫。

本發明提供的光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器的制備方法，具體是：用氫氟酸腐蝕先將光纖布拉格光柵的包層減薄至直徑為10～20μm，經清洗和干燥后，使用氨基硅氧烷溶液對光纖布拉格光柵表面進行處理，然后在交聯劑的作用下將葡萄糖氧化酶固定在光纖布拉格光柵的表面上；當光纖布拉格光柵葡萄糖傳感器浸入葡萄糖溶液時，葡萄糖會在葡萄糖氧化酶的催化作用下發生化學反應，生成新的物質，使光纖布拉格光柵的環境折射率發生改變，進而導致光纖布拉格光柵的布拉格波長改變，通過測量光纖布拉格光柵的布拉格波長的改變就可以計算出溶液中葡萄糖的濃度。

所述的光纖布拉格光柵包層減薄及表面處理的方法如下：

光纖布拉格光柵的包層減薄的方法可以是：將一個光纖布拉格光柵，剝掉其涂覆層，用去離子水稀釋后的體積百分比濃度為10～30％的氫氟酸腐蝕光柵部分至光纖直徑為10～20μm，腐蝕完成后用去離子水清洗；

光纖布拉格光柵的表面處理的方法可以是：用質量百分比濃度為98％的濃硫酸與質量百分比濃度為30％的雙氧水構成的混合溶液浸泡腐蝕好的光纖布拉格光柵，以去除此段光纖表面的雜質，浸泡5～20min，取出光纖，用去離子水洗凈，干燥。

所述的光纖布拉格光柵的表面功能化修飾的方法可以是：用去離子水和質量百分比濃度為99.7％的無水乙醇稀釋硅烷偶聯劑，使此硅烷偶聯劑的體積百分比濃度為10％～20％，將處理好的包層減薄的光纖布拉格光柵浸泡在上述配制好的硅烷偶聯劑溶液中10～20min，取出處理后的光纖，在室溫下放置12～24h。