[發明專利]一種塑料光纖SPR陣列傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011440696.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112461795A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 滕傳新;苑立波;鄧仕杰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種塑料光纖表面等離子體共振陣列傳感器，屬于光纖傳感技術領域。其由光源、塑料光纖SPR傳感陣列、光電檢測裝置等組成，該塑料光纖SPR傳感陣列是通過利用模壓成型的方法在塑料光纖上制備出具有不同楔角的級聯楔形結構，然后在楔形結構上鍍制金屬納米顆粒制備而成。本發明是利用在光纖上制備不同角度的楔形結構來改變輸入光的入射角，使不同波長的光在不同角度的楔形區域激發SPR效應，形成多個SPR傳感通道，從而實現多參量傳感。該多通道SPR傳感器具有成本低廉、結構簡單、易于制備與批量化生產等優點。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種塑料光纖表面等離子體共振傳感陣列及其制備方法。

背景技術

表面等離子體共振(SPR)技術在研究生化分子間相互作用方面具有重要應用價值，具有無需標記、響應速度快和靈敏度高等優點。相比于傳統的光學棱鏡SPR傳感器，光纖SPR傳感器具有體積小、重量輕、系統結構簡單，以及可實現遠程分布式測量等優點。自1983年第一個SPR生化傳感器被提出以來，基于光纖的SPR傳感技術受到了研究人員的廣泛關注。但目前絕大多數光纖SPR傳感器只針對一種樣品中的某一特定參量進行檢測，隨著研究對象種類日趨多樣化，實驗環境變得越來越復雜，單通道SPR傳感器已不能滿足實際應用的需要。而多通道光纖SPR傳感器可以在同一個根光纖上集成多個獨立的傳感單元，能夠實現多點、多參量的同時檢測，可以極大地提高檢測效率，降低檢測成本。專利申請號CN106525775A“一種單模光纖和多模光纖級聯應用的多通道SPR傳感器”和專利申請號CN106066312A“一種多通道表面等離子體共振光纖傳感探針及測量方法”均提出了多通道的光纖SPR傳感器，其采用將特種光纖端進行一定角度拋磨的方式來設計多通道SPR傳感器，但該種方法難于準確控制光纖端的拋磨角度，拋磨后的光纖也難于焊接。又如專利申請號CN105954236A“一種纖維集成多螺旋芯光纖SPR傳感陣列芯片”提出了一種基于螺旋多芯光纖的多通道SPR傳感器，該傳感器制備工藝復雜，制備成本也較高。

此外，目前所報道的多通道光纖SPR傳感器基本上均基于石英光纖，而石英材料質地堅硬、易碎，其制備加工過程不易重復，從而限制了多通道光纖SPR傳感器的發展。

發明內容

針對以上多通道光纖SPR傳感器的不足，本發明提供一種成本低廉、結構簡單、易于制備與批量化生產的塑料光纖SPR傳感陣列。本發明提出采用塑料光纖來設計多通道SPR傳感器，相比于石英光纖，塑料光纖質地柔軟、柔韌性好，易于進行結構改造，是實現低成本、多通道SPR生化傳感器的理想光纖。

一種多通道塑料光纖SPR傳感器，其由光源、塑料光纖SPR傳感陣列、光電檢測裝置等組成，該塑料光纖SPR傳感陣列是通過利用模壓成型的方法在塑料光纖上制備出級聯的不同角度的楔形結構，然后在楔形結構上鍍貴金屬而獲得的。其具體制備步驟如下：

1)將塑料光纖放置于帶有U型微槽的鋼制底座中，然后將帶有多個不同角度楔形結構的模具垂直壓在光纖上面，保持該狀態1～2分鐘，之后將其移去，就可以在塑料光纖沿中心軸線方向上制備出級聯的不同角度的楔形結構。通過改變模具結構間距的大小和壓制的位移量就可以制備出不同間距和深度的級聯楔形結構。優選的，楔形結構的角度為5～50°，間距為0.5～4mm，深度為50～400μm。

2)采用離子濺射的方法可以將金、銀等金屬材料鍍在塑料光纖的楔形結構上，從而形成SPR有源區域。通過調整離子濺射儀的真空度、距離、電流以及時間等參數，可以改變所鍍金屬膜厚度。優選的，所鍍金屬膜厚度為20～90nm。

所述的塑料光纖為多模商用塑料光纖，光纖的外徑為175～1500μm，纖芯直徑范圍為170～1480μm，纖芯折射率為1.49，包層折射率為1.41。所述傳感器的光源為溴鎢燈，所述的光電檢測裝置是可見光光譜儀。