[發明專利]基于飛秒激光刻寫的長周期光纖光柵的葡萄糖濃度檢測方法

在審

• 申請號: 201711323418.6
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108051377A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 董明利;劉小龍;祝連慶;婁小平;張雯;何巍;陳少華
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發明提供了一種基于飛秒激光刻寫的長周期光纖光柵的葡萄糖濃度檢測方法，本發明為了實現葡萄糖的濃度檢測，設計搭建了基于長周期光纖光柵多次可重復測量葡萄糖濃度的光學系統，利用飛秒激光刻寫得到的長周期光纖光柵來測量葡萄糖的濃度，與傳統測試方法相比較該種方法靈敏度高、能測微量變化、可實時監測、檢測過程簡單。其中長周期光纖光柵為使用800nm的飛秒激光來刻寫完成的，通過調整激光可以刻寫出不同的周期光柵。

技術領域

本發明涉及生物醫學檢測技術，特別涉及一種基于飛秒激光刻寫的長周期光纖光柵的葡萄糖濃度檢測方法。

背景技術

在日常生活中，獲取葡萄糖的含量信息對人體的健康水平的評斷以及疾病的預防具有重要的意義。血糖是提供人體能量的主要物質，對于人體血糖濃度的檢測，在生物醫療方面的臨床檢測中就顯得至關重要，因為血糖的偏高和偏低都反應出人體代謝方面出現了問題。葡萄糖是生物體內新陳代謝不可缺少的營養物質。它的氧化反應放出的熱量是人類生命活動所需能量的重要來源。在食品、醫藥工業上可直接使用，在印染制革工業中作還原劑，在制鏡工業和熱水瓶膽鍍銀工藝中常用葡萄糖作還原劑。工業上還大量用葡萄糖為原料合成維生素C(抗壞血酸)。

目前用光纖光柵測量溫度、應變、位移的傳感器比較成熟，而用來測量生物醫學方面的應用較少，大多數采用特種光柵測量，用長周期光纖光柵測葡萄糖濃度國內的偏少，國外的有一些，但都是通過鍍膜來實現葡萄糖濃度的測量。2012年，SaurabhManiTripathia采用長周期光纖光柵被用來進行大腸桿菌的傳感測量，也采用長周期光纖光柵用來進行葡萄糖的傳感。這兩篇文章中都是將光纖光柵表面修飾后，固定特殊的抗體來實現對目標的選擇性探測，2016年Lu,Bingyu采用側面拋光光纖SPR傳感器用于連續葡萄糖監測，該傳感器具有具有溫度自補償功能，也是在纖芯鍍上鉻和金屬沉積一層石墨烯來修飾光柵表面。2017年Abdulyezir A.Badmos采用80m直徑的包層利用長周期光纖光柵的雙峰結構來測量折射率和葡萄糖濃度，該傳感器在長周期光柵上進行硅烷共價結合的方法將酶官能團固定在光纖光柵上與葡萄糖分子進行反應，最終來測得葡萄糖濃度，該傳感器的折射率和葡萄糖濃度的靈敏度分別為4298.20nm/RIU和4.6696nm/％。這些傳感器要么設計特殊結構要么在光柵上鍍一層膜，能對葡萄糖濃度進行測量，但在經濟成本方面都比較貴，并且是采用的酶反應，反應不可逆，更加加大成本，也不利于市場的形成。

因此，需要一種能有效地能夠重復多次測量葡萄糖濃度及其它生物分子濃度的方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于飛秒激光刻寫的長周期光纖光柵的葡萄糖濃度檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：利用飛秒激光器的飛秒激光在單模光纖上逐點刻寫長周期光纖光柵；

步驟二：在刻寫好的長周期光纖光柵上分別滴上不同濃度的葡萄糖溶液；

步驟三：采用寬帶光源作為光源，當寬帶光源進入長周期光纖光柵時，長周期光纖光柵由于結構的原因會產生透射譜，光譜儀采集并分析所述長周期光纖光柵的透射譜，從而實現葡萄糖濃度的測量。

在步驟一中，所述飛秒激光中心波長為800nm，脈沖寬度為200fs，最大能量為4μJ，脈沖重復頻率為250kHz。通過調整激光可以刻寫出不同的長周期光纖光柵。

優選地，所述飛秒激光采用美國IMRA公司Femtolite系列激光器。

其中，所述長周期光纖光柵的靈敏度可以通過控制光柵的周期來得到。具體地，通過設置光纖的曝光時間和移動速度可得到周期和光柵長度不同的光纖光柵，進而得到不同的折射率靈敏度。

其中，所述單模光纖采用美國康寧SMF28單模光纖。

在步驟三中，采用寬帶光源照射所述長周期光纖光柵，寬帶光源進入長周期光纖光柵，根據長周期光纖光柵對光源的透射特性，可以得出所述長周期光纖光柵的透射譜圖。