[發(fā)明專利]U形雙錐光纖生物膜傳感器以及制作與測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510306074.2
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN104913728B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 鐘年丙;趙明富;羅彬彬;肖漢光;宋濤;湯斌;張建強
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙)50211
• 代理人: 郭云

1.U形雙錐光纖生物膜傳感器，包括測量傳感臂和參考傳感臂，所述測量傳感臂和參考傳感臂為多模光纖，其特征在于：所述測量傳感臂和參考傳感臂的測量區(qū)均設置為U形，U形光纖的左、右臂均具有上大下小的錐度，即錐頂直徑大于錐底直徑；所述測量傳感臂和參考傳感臂的尾端均設置為半球狀，半球狀光纖包層的表面涂覆有金屬膜；所述參考傳感臂的測量區(qū)的光纖表面涂覆有聚酰亞胺二氧化硅雜化慮膜；

聚酰亞胺二氧化硅雜化慮膜為聚酰胺酸、對苯二胺、N,N-二甲基甲酰胺、無水乙醇、硅溶膠、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷按質(zhì)量比為(0.025～0.075):(0.025～0.075):(0.1～0.3):(0.5～1.5):(0.1～0.3):(0.005～0.015)的比例構(gòu)成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形雙錐光纖生物膜傳感器，其特征在于：U形光纖的左、右臂均具有上大下小的錐度，即錐頂直徑大于錐底直徑；該左、右臂的錐頂直徑為120～125μm；錐底直徑為60～65μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的U形雙錐光纖生物膜傳感器，其特征在于：聚酰亞胺二氧化硅雜化慮膜厚度為8～10μm。

4.U形雙錐光纖生物膜傳感器的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步：取二根多模光纖分別作為測量傳感臂和參考傳感臂，設置多模光纖的中部區(qū)域為測量區(qū)，將測量區(qū)表面的光纖保護層去除；

第二步：將測量傳感臂和參考傳感臂的尾端制備成半球狀，使用射頻磁控濺射儀在半球表面鍍上一層金屬膜；

第三步：將測量傳感臂和參考傳感臂的測量區(qū)制備成U形結(jié)構(gòu)；

第四步：將測量傳感臂和參考傳感臂的測量區(qū)插入質(zhì)量百分比濃度為0.25％～0.5％、溫度為20℃～30℃的氫氟酸腐蝕溶液中進行腐蝕240～300分鐘，在重力的作用下，測量傳感臂和參考傳感臂的測量區(qū)的左、右臂均具有上大下小的錐度，即錐頂直徑大于錐底直徑；

第五步：在參考傳感臂的測量區(qū)的光纖表面上涂覆聚酰亞胺二氧化硅雜化多孔濾膜，并放置在250～300℃環(huán)境中干燥250～300小時。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的U形雙錐光纖生物膜傳感器的制備方法，其特征在于：聚酰亞胺二氧化硅雜化慮膜為聚酰胺酸、對苯二胺、N,N-二甲基甲酰胺、無水乙醇、硅溶膠、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷按質(zhì)量比為(0.025～0.075):(0.025～0.075):(0.1～0.3):(0.5～1.5):(0.1～0.3):(0.005～0.015)的比例構(gòu)成。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的U形雙錐光纖生物膜傳感器的制備方法，其特征在于：聚酰亞胺二氧化硅雜化慮膜厚度為8～10μm，孔徑為0.1～0.45μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的U形雙錐光纖生物膜傳感器的制備方法，其特征在于：金屬膜為鉑金膜，鉑金膜厚度為450～500nm。

8.利用權(quán)利要求1或2或3所述的U形雙錐光纖生物膜傳感器對生物膜厚度進行測量的方法，其特征在于：

生物膜厚度D_B可以描述為：

Vbnb2=f(DB)]]>

V_b為生物膜體積，為生物膜折射率；

K=KfKsexp[η2,sf(DB)]]]>

K為傳感器輸出信號，K_f為參考傳感臂特征參數(shù)；K_f是δ_f以及δ_f/Δ_f的函數(shù)；δ_f是參考傳感臂測量區(qū)光纖表面的平均凹陷深度，Δ_f是參考傳感臂測量區(qū)光纖表面的平均凹陷直徑；K_s為測量傳感臂特征參數(shù)，K_s是δ_s以及δ_s/Δ_s的函數(shù)，δ_s是測量傳感臂測量區(qū)光纖表面的平均凹陷深度，Δ_s是測量傳感臂測量區(qū)光纖表面的平均凹陷直徑；η_2,s是表示測量傳感臂U形區(qū)域的生物膜厚度靈敏度系數(shù)。