[發明專利]一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202011402087.7
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112729596B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 祝連慶;郝家祺;張雯;何巍;何彥霖;孫廣開;李紅
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01N21/25;G01N21/64;G02B6/255
• 代理公司: 北京恒律知識產權代理有限公司 11416
• 代理人: 王琦;龐立巖

為了實現對溫度和鈣離子濃度的同時測量，本發明提出一種基于光纖內空腔粗錐干涉結構的溫度鈣離子濃度雙參數傳感器。本發明采用光纖熔接放電制作內空腔粗錐結構，配合稀釋噴涂的的方法在光纖端面修飾鈣離子光極膜。制成所需的光纖溫度鈣離子濃度雙參數傳感器。本發明的有益效果：采用光纖干涉結構配合鈣離子光極的方法，避免了傳統電化學法的電測干擾；所發明的器件結構機械強度較好，穩定性可靠；本發明可實現三光束干涉結構，從而實現光譜細分，提高測量精確度。

技術領域

本發明涉及一種光纖器件，特別涉及一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器及制備方法。

背景技術

光纖生物傳感器主要由生物敏感單元和光纖組成，以生物活性單元作為生物敏感單元，利用光纖作為信號轉換器將目標物與敏感基元的反應程度通過電信號或光信號表達，從而得到被測物信息。該方法將光纖的優點與成熟的生物檢測技術相結合，適用于生物體內遙測和在線監測。

鈣離子作為一種人體主要電解質，對于機體各項生理活動具有重要意義。但現有的鈣離子檢測手段中，很難在手術過程中對鈣瞬變進行在體實時監測。離子選擇光極(Ion-selective Optode)，是化學傳感器的一大類。它的響應建立在可逆的主客體化學識別過程上。通過加入能夠選擇性結合小分子離子的載體，將目標萃取進入親脂性有機膜，因此適合研究生物和環境體系中的各種離子型物質。

傳統干涉型光纖傳感器件形式多樣，制備過程往往比較復雜，不能實現溫度和鈣離子濃度傳感的精度需求，靈敏度低，成本較高，光纖傳感器的適用性不高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器及制備方法，通過光纖熔接放完成內空腔粗錐結構的制備，并在在光纖端面上涂覆鈣離子選擇性光極膜。制成所需要的溫度鈣離子濃度雙參數傳感器。與現有技術相比，該方法的可以實現同時監測溫度和鈣離子濃度，具有很大的應用價值。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器的制備方法，具體包括以下步驟：(a)制備具有內部空氣細腔的粗錐干涉結構：步驟a1、將兩段單模光纖放在熔接機中通過擴徑光錐熔接方式熔接，熔接形成粗錐；步驟a2、對所述粗錐處進行大功率瞬時放電，使所述粗錐內部形成空氣狹縫；步驟a3、在所述粗錐區域進行多次放電，使其形成含有內部空氣細腔的粗錐結構；(b)制備鈣離子選擇性光極膜：步驟b1、對顯色離子載體為ETH5418的鈣離子選擇性光膜各成分用量如下，ETH5294(5mmol/kg)，NaTFPB(10mmol/kg)，陽離子載體(鈣離子載體為35mmol/kg)，納米棒(2mg)，與PVC及DOS或NPOE制成100mg混合物后溶解；步驟b2、所得溶液劇烈晃動0.5h后超聲至少0.5h，得到均勻溶液；(c)在粗錐干涉結構的光纖端面涂覆光極膜：將制得的光極膜采用稀釋噴涂的方法噴涂于第一步所制得靠近粗錐的光纖端面上，避光揮發0.5h，完成鍍膜，膜厚為1um-5um。

優選的，為了增加裝置的適用性，所述單模光纖型號為SFM-28的普通單模光纖，包層直徑125um，纖芯直徑9um。

優選的，為了增加裝置的實用性，所述熔接機為日本Fujikura公司的80S高精度單芯熔接機。

本發明還公開了一種溫度鈣離子濃度雙參數傳感器，所述溫度鈣離子濃度雙參數傳感器包括：第一單模光纖和第二單模光纖，所述第一單模光纖與所述第二單模光纖之間通過擴徑光錐熔接方式熔接；在第一單模光纖與第二單模光纖的熔接處，形成內部含有空氣狹縫和空氣細腔的粗錐結構，其中，所述空氣狹縫和所述空氣細腔軸向均與所述粗錐結構的縱向截面平行，并且所述空氣細腔的軸向長度6～7um；在靠近所述粗錐結構的光纖端面涂覆鈣離子光極膜；當光依次經過所述空氣狹縫和所述空氣細腔在后，在所述粗錐結構內形成三束光，使經過所述粗錐結構的光實現三光束干涉。

優選的，為了增加裝置的適用性，所述粗錐錐區徑向長241um。