[發明專利]基于長周期光纖光柵的溫度和葡萄糖濃度雙參數傳感的測量葡萄糖濃度的方法

有效

• 申請號: 201711323426.0
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108107021B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 祝連慶;劉小龍;婁小平;董明利;陳少華;張雯;何巍
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/25;G01K11/32
• 代理公司: 11416 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 顧珊;龐立巖<國際申請>=<國際公布>=

本發明提供了一種基于長周期光纖光柵的溫度和葡萄糖濃度雙參數傳感，根據長周期光纖光柵對外界環境折射率的變化非常敏感的特性，采用飛秒直寫長周期光纖光柵，通過嚴格控制其光柵參數，使其具備對所述葡萄糖濃度具有不同靈敏度的光柵結構以及空腔結構，當寬帶光源進入長周期光纖光柵時，透射譜中存在兩個明顯的衰減峰，當濃度或者溫度變化時，兩個特征波長將具有不一樣的偏移量，通過計算長周期光纖光柵的諧振波長以及空腔結構的諧振波長分別與溫度和待測溶液濃度的關系，組成方程組即可同時測得葡糖糖濃度和溫度。

技術領域

本發明涉及生物醫學檢測技術，尤其是涉及到一種基于長周期光纖光柵的溫度和葡萄糖濃度雙參數傳感的測量葡萄糖濃度的方法。

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)。

光纖光柵以其微型尺寸、抗干擾能力強、高靈敏度、絕對測量等優點，為光學傳感器家族在軍用及民用工程的結構監測、海下油田以及許多其他領域的應用提供了重要手段。開發對外部介質折射率敏感的光纖光柵生化傳感器已成為光學傳感和生物化學、生物醫學等學科的交叉領域的研究熱點之一，目前用光纖光柵對葡萄糖濃度的測量，國內外都有一些人在做相關的研究，如2012年吉林大學楊蕊竹的長周期光纖光柵的特性及傳感應用的研究，在長周期光纖光柵上鍍金屬膜對蔗糖溶液濃度的檢測，2015年武漢理工大學李蒙蒙的薄層FBG葡萄糖傳感方法研究，通過腐蝕FBG光柵的包層，在表面修飾葡萄糖氧化酶GOD來測葡萄糖的折射率。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，2017年AbdulyezirA.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4298.20nm/RIU和4.6696nm/％。

但是以上的檢測方法都只是對濃度或者折射率單一參量進行測量，忽視了溫度對光纖光柵的影響，無論是FBG還是長周期光柵對溫度都十分的敏感，如果不考慮溫度帶來的影響，則會使實驗結果有較大的誤差。

同時以上方法需要打磨、鍍膜以及修飾，工藝復雜難度高，經濟成本高，難于推廣，不能夠產品化。

因此，需要一種基于長周期光纖光柵的測量葡萄糖濃度的方法，能有效地消除溫度和葡萄糖濃度交叉敏感問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于長周期光纖光柵的溫度和葡萄糖濃度雙參數傳感的測量葡萄糖濃度的方法，包括如下步驟：

步驟一：利用飛秒激光在單模光纖上逐點刻寫長周期光纖光柵；

步驟二：利用飛秒激光能量聚焦的方式在光纖端面刻寫微孔，通過熔接的方式獲得空腔結構；

步驟三：將長周期光纖光柵放入不同濃度的葡萄糖溶液中，采用ASE 寬帶光源照射長周期光纖光柵；

步驟四：通過光譜儀接收并分析長周期光纖光柵的透射譜，從而實現同時對葡萄糖溶液濃度和溫度的測量。

優選地，在步驟一中，所述飛秒激光為美國IMRA公司Femtolite系列激光器，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。