[實用新型]基于雙環諧振腔輔助的馬赫-曾德爾干涉儀光學生物傳感器

有效

• 申請號: 201520664794.1
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN204964384U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 李明宇;劉勇;岳永恒;陳陽晴;唐龍華;何建軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本實用新型涉及一種光學生物傳感器，尤其涉及一種基于雙環諧振腔輔助的馬赫‐曾德爾干涉儀光學生物傳感器。

背景技術

光學生物傳感器因其在生物醫學診斷，藥物研發，環境監測和食品安全等領域的廣泛應用而取得了快速的發展。其中基于光學技術的生物傳感器有很多優點：超高的靈敏度，較強的抗電磁干擾能力，高可靠性、高集成度和多參量，因此獲得了廣泛的關注。

雙環諧振腔輔助的馬赫‐曾德爾干涉儀光學生物傳感器僅需要測量強度信息，無需高分辨率的光譜儀或者可調諧的激光器測量光譜信息，提高傳感器靈敏度的同時，大大降低傳感器的成本。當入射光的頻率在諧振腔的諧振頻率附近時，光的相位變化隨諧振腔的光學長度變化非常靈敏，馬赫‐曾德爾干涉儀可將相位變化的信息轉變為輸出光強的變化信息，所以此傳感器靈敏度非常高。然而在諧振腔的諧振頻率附近，諧振腔光學長度的改變引起光相位劇烈變化的同時，振幅也會隨之變化。如果馬赫‐曾德爾干涉儀的兩個臂的光振幅不等，會導致干涉效果不佳。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種基于雙環諧振腔輔助的馬赫‐曾德爾干涉儀光學生物傳感器，選取合適的生物表面修飾材料，使馬赫‐曾德爾干涉儀兩個臂上的環形波導諧振腔具有某一個共同的諧振頻率。當被測液體中抗原與第一個環形波導諧振腔表面的生物抗體結合時，吸附在波導芯層表面，引起第一個環形波導諧振腔的有效折射率增大；而當被測液體中抗原與第二個環形波導諧振腔表面的生物抗體結合時，使生物抗體脫離了波導芯層表面，引起第二個環形波導諧振腔有效折射率減小相同的數值，導致兩個環形波導諧振腔內光的相位差增大，但是兩個環形波導諧振腔內光的振幅變化相同。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于雙環諧振腔輔助的馬赫‐曾德爾干涉儀光學生物傳感器，包括激光光源、馬赫‐曾德爾干涉儀、第一環形諧振腔、第二環形諧振腔、第一探測器和第二探測器等；所述馬赫‐曾德爾干涉儀的輸入耦合器的輸入端與激光光源連接，兩個輸出端分別與所述馬赫‐曾德爾干涉儀的上臂的一端和下臂的一端相連接；所述馬赫‐曾德爾干涉儀的上臂和下臂分別與第一環形諧振腔和第二環形諧振腔相耦合；所述馬赫‐曾德爾干涉儀的上臂的另一端和下臂的另一端分別與輸出耦合器的兩個輸入端相連接；所述輸出耦合器的第一輸出端和第二輸出端分別與第一探測器和第二探測器相連接；所述第一環形諧振腔的芯層表面修飾有特異性吸附功能的生物抗體；所述第二環形諧振腔的芯層表面修飾有吸附生物抗體的競爭抗原；所述第一環形諧振腔和所述第二環形諧振腔均與被測液體接觸。

進一步地，所述修飾生物抗體的第一環形諧振腔與修飾競爭抗原的第二環形諧振腔至少有一個相同的諧振頻率。

進一步地，所述激光光源的頻率為第一環形諧振腔與第二環形諧振腔的一個共同諧振頻率。

進一步地，所述競爭抗原對生物抗體的親和力小于被測液體中待檢測抗原對生物抗體的親和力。

進一步地，所述馬赫‐曾德爾干涉儀、第一環形諧振腔和第二環形諧振腔可采用平面集成光波導，或者分立光學元件，或者光纖構成。

本實用新型具有的有益效果是：本實用新型使用輸入光源為單一波長激光光源，降低傳感器成本；可以采用集成光波導結構，使傳感器集成度高，體積小，便于高通量、多參數測量的實現；在光學諧振腔內芯層表面修飾有特異性吸附功能的生物表面膜，使傳感器針對特定待測物質具有選擇性吸附功能；利用被測液體中抗原與第一個環形波導諧振腔表面的生物抗體結合時引起第一個環形波導諧振腔的有效折射率增大，而與第二個環形波導諧振腔表面的生物抗體結合時，使生物抗體脫離了波導芯層表面，引起第二個環形波導諧振腔有效折射率減小相同的數值，導致兩個環形波導諧振腔內光的相位差增大，但是兩個環形波導諧振腔內光的振幅變化相同，保證了馬赫‐曾德爾干涉儀的干涉效果，從而大大提高了傳感器的靈敏度。

附圖說明

圖1為基于雙環諧振腔輔助的馬赫‐曾德爾干涉儀光學生物傳感器示意圖；

圖2為第一環形波導諧振腔的端面示意圖；

圖3為第二環形波導諧振腔的端面示意圖；

圖4為第一環形波導諧振腔有效折射率變化δn時其透射率和相位變化示意圖；

圖5為第一環形波導諧振腔有效折射率變化δn，第二環形波導諧振腔有效折射率變化-δn時，兩個探測器接收到的歸一化功率變化示意圖；

圖6為兩個探測器接收到光功率比值和環形波導諧振腔有效折射率變化δn關系示意圖；