基于m-z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器的制造方法
【專利摘要】基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于：由寬帶光源(1)、偏振分束棱鏡(2)、光隔離器(3)、1×2的3dB耦合器(4)、2×2的3dB耦合器(5)、第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)、第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)、反應(yīng)池(8)、光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)組成；光纖依次連接寬帶光源(1)、偏振分束棱鏡(2)和光隔離器(3)，1×2的3dB耦合器(4)一端連接光隔離器(3)，另外兩端分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)置于反應(yīng)池(8)中，2×2的3dB耦合器(5)一邊端口分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，另外兩端分別連接光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)。所述的基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，具有高探測精度、高靈敏度，操作簡易的優(yōu)點。
【專利說明】基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明借助于傾斜光纖光柵，提出了一種基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵(TiltedFiber Bragg Grating, TFBG)表面等離子體共振(Surface plasmon resonance, SPR)生物傳感器，屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬的介電常數(shù)存在虛部，當光照射在金屬上時，根據(jù)古斯-漢森位移理論，金屬內(nèi)部會產(chǎn)生沿著內(nèi)界面向前傳輸?shù)馁渴挪?；受外界干擾或者熱漲落影響，金屬-介質(zhì)分界面的表面等離子體會產(chǎn)生集體振蕩，形成沿金屬表面向前傳播的表面等離子體波。當倏逝波波矢等于表面等離子體波波矢時，就會產(chǎn)生共振，反射光能量急劇衰減，通過觀察光譜儀上光譜峰值的變化，從而推導出被測液體折射率(濃度)的變化，這就是表面等離子體共振。
[0003]SPR技術(shù)在無需標記分子的情況下就可以進行高靈敏度的分子間相互作用的檢測，在檢測分子與分子相互作用的方面，SPR技術(shù)擁有極好的檢測能力，由此被廣泛用于生物、化學、材料、醫(yī)藥領(lǐng)域。20世紀初，研究者們就提出了兩種基于棱鏡結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振傳感器，分別為Otto結(jié)構(gòu)和Kretschmann結(jié)構(gòu)。Kretschmann結(jié)構(gòu)應(yīng)用尤為廣泛，目前國內(nèi)外生產(chǎn)的SPR傳感器也都是基于該結(jié)構(gòu)。但是棱鏡結(jié)構(gòu)的SPR傳感器存在體積大、制造工藝復雜的問題，目前國內(nèi)生產(chǎn)的SPR傳感器也只能用于實驗室，很難普及。商用SPR傳感器也是依賴于進口。
[0004]在這種情況下，基于光纖的SPR傳感器應(yīng)運而生，光纖SPR傳感器已經(jīng)成為研究熱門。光纖SPR傳感器體積更小，質(zhì)量更輕，結(jié)構(gòu)更簡單，制造水平要求更低。本發(fā)明提出利用鍍金/生物吸附層的TFBG作為傳感部位，相比于普通的光纖SPR傳感器，精度更高，可探測的生物分子更小。這種傾斜一致的光纖光柵足夠產(chǎn)生一系列與波長有關(guān)的包層模式，并以不同的入射角度射向金屬膜。簡單改變光源的波長，幾乎可以產(chǎn)生以不同角度射向纖芯-包層的任何模式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高精度的基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器。該裝置能夠?qū)⒋郎y生物溶液濃度的變化量轉(zhuǎn)化為探測信號干涉條紋的改變量。具有結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、靈敏度高等特點。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:由寬帶光源(I)、偏振分束棱鏡(2)、光隔離器(3)、1X2的3dB耦合器(4)、2X2的3dB耦合器(5)、第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)、第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)、反應(yīng)池(8)、光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)組成；光纖依次連接寬帶光源(I)、偏振分束棱鏡⑵和光隔離器(3)，1X2的3dB耦合器(4) 一端連接光隔離器(3)，另外兩端分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)置于反應(yīng)池(8)中，2X2的3dB耦合器(5) —邊端口分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，另外兩端分別連接光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)。
[0008]所述的基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:裝置所用光纖皆為單模通信光纖SM28 ;利用M-Z干涉光路獲取透射光的干涉光譜圖；引入鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵作為傳感部位，長度為20_，通過簡單改變光源的波長，幾乎可以產(chǎn)生以不同角度射向纖芯-包層的任何模式，共振峰值的改變量更加明顯，探測精度得到了大幅的提高；可以探測到更小的生物分子。
[0009]本發(fā)明的工作原理是:
[0010]寬帶光源(I)發(fā)出不同波長的光，經(jīng)偏振分束棱鏡(2)后產(chǎn)生P偏正光，光隔離器
(3)的使用主要是用于消除反射光對光源的影響。經(jīng)1X2的3dB耦合器(4)后，光進入用于探測待測生物溶液濃度變化的第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵￠)，會產(chǎn)生表面等離子體共振現(xiàn)象，第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)則不作處理，兩個光纖中的光經(jīng)過2X2的3dB耦合器(5)時，會產(chǎn)生干涉條紋。輸出的光強會因共振強度的大小而不同。輸出的光強I為:
[0011]I (1+cos δ )(I)
[0012]共振強度的變化引起輸出光強I發(fā)生變化，相位差δ隨之發(fā)生變化，干涉條紋發(fā)生改變，通過干涉光譜波長漂移量可以推算出待測溶液濃度的變化。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:因待測液體濃度的變化，鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵出)的傳感部位會發(fā)生明顯的表面等離子體共振，透射光強大幅降低，用于參考的鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)不作處理，兩段光纖中的透射光經(jīng)2X2的3dB耦合器(5)時，產(chǎn)生干涉，且干涉光譜波長漂移量會發(fā)生明顯的變化，所測得的數(shù)據(jù)準確性更高。干涉光譜微小的波長漂移量都能夠通過光譜分析儀(9)監(jiān)測到，因此，該裝置的探測精度、靈敏度都得到了大幅提高；引入傾斜光纖光柵后，通過改變?nèi)肷涔獾钠较颍庾V可調(diào)節(jié)范圍更大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一種基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器特征裝置示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖及實施實例對本發(fā)明作進一步描述:
[0016]基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:由寬帶光源(I)、偏振分束棱鏡(2)、光隔離器(3)、1X2的3dB耦合器(4)、2X2的3dB耦合器
(5)、第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)、第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)、反應(yīng)池(8)、光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)組成；光纖依次連接寬帶光源(I)、偏振分束棱鏡⑵和光隔離器(3)，1X2的3dB耦合器(4) 一端連接光隔離器(3)，另外兩端分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)置于反應(yīng)池(8)中，2X2的3dB耦合器(5) —邊端口分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，另外兩端分別連接光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)。
[0017]第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)的金膜厚度為50nm，傳感部位長度為20mm，生物吸附層為牛血清蛋白，厚度為500 μ m，裝置中光纖均采用單模通信光纖SMF28。
【權(quán)利要求】
1.基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:由寬帶光源(I)、偏振分束棱鏡(2)、光隔離器(3)、1X2的3dB耦合器(4)、2X2的3dB耦合器(5)、第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)、第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)、反應(yīng)池(8)、光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)組成；光纖依次連接寬帶光源(I)、偏振分束棱鏡(2)和光隔離器(3)，1X2的3dB耦合器(4) 一端連接光隔離器(3)，另外兩端分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)置于反應(yīng)池(8)中，2X2的3dB耦合器(5) —邊端口分別連接第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(6)和第二鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵(7)，另外兩端分別連接光譜分析儀(9)和折射率匹配液(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于M-Z干涉的傾斜光纖光柵表面等離子體共振生物傳感器，其特征在于:第一鍍金膜/生物吸附層的傾斜光纖光柵長度為20mm，金膜厚度為50nm，生物吸附層為牛血清蛋白，厚度為500 μ m。
【文檔編號】G01N21/45GK104359868SQ201410623393
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】沈常宇, 王友清, 劉樺楠, 魏健, 路艷芳, 陳德寶 申請人:中國計量學院