一种基于嵌套波导管的传感器制造技术

本发明专利技术涉及传感器领域，特别涉及一种基于嵌套波导管的传感器。一种基于嵌套波导管的传感器，包括光源、光探测器和嵌套波导管，嵌套波导管的一端设置有发射探测光束的光源，另一端设置有接收探测光束的光探测器；嵌套波导管包括内部光波导和侧壁能够反射探测光束的外部毛细管，内部光波导嵌套在外部毛细管的内部并形成有间隙。其有益效果是：外部毛细管的侧壁可以反射和约束探测光束，因此光源发射的探测光束可以在外部毛细管侧壁与内部光波导之间来回反射传输，从而能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程、简化测试系统，还可以增加光程、提高检测精度和减小样品需求量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器领域，特别涉及一种基于嵌套波导管的传感器，可用于生化领域的液体和气体样品的折射率检测和吸光度检测。
技术介绍
折射率和吸光度是重要的材料特性参数，测试样品的折射率或吸光度可以获知样品的成份和浓度等相关信息，并且光学检测具有抗电磁干扰和快速响应的特点。因此，基于吸光度检测的分光光度计(或称比色计)和基于折射率检测的表面等离子体共振(SPR)传感器，广泛用于生化分析领域。对于分光光度计，需要将待测样品置于比色皿中进行测试(Sensors andActuators B，191，561-566 (2014))。为了提高测试精度，需要增加比色皿的厚度(即比色皿中探测光的传输距离，或称“光程”)，这使得比色皿的体积增加、需要的样品量增多，并且无法实时检测样品的浓度变化和反应进程。对于SPR 传感器，文献 Instrumentat1n Science and Technology，41，574-607 (2013)报道，目前主要有两种结构:棱镜表面镀金属膜，光纤表面镀金属膜。光波在金属膜中激发等离子体，需要满足严格的条件(比如，最佳的光束入射角和金属膜厚度等)，因此制备工艺复杂。此外，光束与金属膜的相互作用次数有限，为了提高灵敏度，需要增加光程。对于光纤结构，虽然光束在光纤内部可以多次反射传输；但是，为了满足全反射条件，入射角需要大于临界角，因此光程并没有得到大幅增加。专利US 5507447涉及一种液体导光波导，其一种结构是米用一种低折射率的有机塑料制备毛细管，由于该塑料的折射率小于水的折射率，光束在液体与塑料的界面会发生全反射，从而将光束限制在毛细管中传输；但是塑料中的间隙会吸附液体，导致毛细管污染，从而干扰检测结果。其另一种结构是采用一种低折射率的有机塑料包覆玻璃毛细管，由于该塑料的折射率小于玻璃的折射率，光束在玻璃与塑料的界面会发生全反射，从而将光束限制在毛细管中传输。但是由于石英的折射率要大于有机塑料和水的折射率，光波更倾向于在石英管侧壁内传输，而不是在液体中传输，因此会降低检测精度。综上，现有的传感器不能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程，并且测试系统复杂，检测精度低，样品需求量大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的吸光度和折射率的检测传感器。本专利技术提供的一种基于嵌套波导管的传感器，能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程、简化测试系统，还可以增加光程、提高检测精度和减小样品需求量。本专利技术提供的一种基于嵌套波导管的传感器，其技术方案是:—种基于嵌套波导管的传感器，包括光源、光探测器和嵌套波导管，嵌套波导管的一端设置有发射探测光束的光源，另一端设置有接收探测光束的光探测器；嵌套波导管包括内部光波导和侧壁能够反射探测光束的外部毛细管，内部光波导嵌套在外部毛细管的内部并形成有间隙。优选地，外部毛细管的侧壁和/或内部光波导的侧壁设置有薄膜或者颗粒。优选地，薄膜的厚度是lnm?lOOOnm ;颗粒的尺寸大小是lnm?lOOOnm。优选地，薄膜是金属材质的薄膜或者是光学介质材质的薄膜；颗粒是金属材质的颗粒或者是光学介质材质的颗粒。优选地，颗粒通过对薄膜进行退火处理的方式得到。优选地，外部毛细管的侧壁表面和/或内部光波导的侧壁表面存在光滑的波纹起伏。优选地，外部毛细管的内部设置有多根内部光波导。优选地，外部毛细管是金属毛细管、玻璃毛细管或者塑料毛细管中的一种；玻璃毛细管的侧壁或塑料毛细管的侧壁镀有金属薄膜或者光学介质薄膜，金属毛细管的内壁经过抛光处理。优选地，内部光波导是玻璃棒、塑料棒、金属棒、玻璃管或者塑料管中的一种。优选地，嵌套波导管的两端设置有密封盖，所述密封盖上设置有透光盖板；嵌套波导管一端的密封盖上设置有样品入口，另一端的密封盖上设置有样品出口，样品入口和样品出口的开口方向向上。本专利技术的实施包括以下技术效果:本专利技术提供的一种基于嵌套波导管的传感器，能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程、简化测试系统，还可以增加光程、提高检测精度和减小样品需求量。与基于比色皿或导光毛细管(例如美国专利US 5507447)的分光光度计相比，本专利技术的嵌套波导管结构，使得探测光束可以在多个波导之间进行反射传输，不同波导侧壁对探测光束的反射可以进一步增加光传播距离(即光程)。此外，不同的波导侧壁，可以附着不同的薄膜或颗粒，用于吸附待测物质、增强吸光度、提高检测灵敏度。特别是，通过改变侧壁上的金属薄膜或金属颗粒的尺寸，可以调节sro效应，提尚灵敏度。与基于棱镜或光纤的SPR传感器相比，本专利技术的嵌套波导管结构，无需严格控制探测光束的入射角，当探测光束逃逸出内部光波导时(即探测光束入射角小于全反射临界角时)，经外部毛细管的反射可以重新返回到内部光波导中，因此增加了探测光束与侧壁上的薄膜(或颗粒)的相互作用次数，从而提高灵敏度。本专利技术的嵌套波导管结构，打破了传统SPR传感器对探测光束入射角的限制，探测光束入射角可以小于临界角，从而大幅增加光程，提高灵敏度。【附图说明】图1为本专利技术实施例一种基于嵌套波导管的传感器实施例1的嵌套波导管的结构示意图(其中内部光波导的外表面镀有薄膜)；图2为本专利技术实施例一种基于嵌套波导管的传感器实施例2的嵌套波导管的结构示意图(其中外部毛细管的内表面附着有颗粒)；图3为本专利技术实施例一种基于嵌套波导管的传感器实施例3的嵌套波导管的结构示意图(其中内部光波导的外表面附着有颗粒)；图4为本专利技术实施例一种基于嵌套波导管的传感器实施例4的嵌套波导管的结构示意图(其中内部光波导为管状结构，且外表面附着颗粒)；图5为本专利技术实施例一种基于嵌套波导管的传感器剖面结构示意图。1、外部毛细管；2、内部光波导；3、间隙；4、薄膜；5、颗粒；7、外部毛细管内径；8、光源；9、探测光束；10、密封盖；11、样品入口 ； 12、样品出口 ； 13、光探测器；14、透光盖板；15、嵌套波导管。【具体实施方式】下面将结合实施例以及附图对本专利技术加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。参见图1至图5所示的一种基于嵌套波导管的传感器，包括光源8、光探测器13和嵌套波导管15，嵌套波导管15的一端设置有发射探测光束9的光源8，另一端设置有接收探测光束9的光探测器13 ;嵌套波导管15包括外部毛细管1和内部光波导2，本实施例中，外部毛细管1是侧壁能够反射探测光束9的毛细管，内部光波导2的直径小于外部毛细管1的内径，内部光波导2嵌套在外部毛细管1的内部并形成有间隙3，间隙3用于流通待测样品。因为外部毛细管1的侧壁可以反射探测光束9，光源8发射的探测光束9可以在外部毛细管1的侧壁与内部光波导2之间来回反射传输，从而大幅提高光程。如图1所示，嵌套波导管15的外部毛细管1与内部光波导2之间存在用于流通待测样品的间隙3，由于嵌套波导管15内部的间隙3体积很小，需要的样品量也很少，因此可以进行样品的快速切换，从而缩短样品切换时间、减少噪声影响、提高检测精度。参见图1至图4所示，外部毛细管1的侧壁和/或内部光波导2的侧壁可以镀上(或粘附上)薄膜4或者颗粒5。作为优选，薄膜4的厚度和颗粒5的尺寸大小是lnm?lOOOnm，优选10nm?lOOnm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌套波导管的传感器，包括光源、光探测器和嵌套波导管，所述嵌套波导管的一端设置有发射探测光束的所述光源，另一端设置有接收探测光束的所述光探测器；其特征在于：所述嵌套波导管包括内部光波导和侧壁能够反射探测光束的外部毛细管，所述内部光波导嵌套在所述外部毛细管的内部并形成有间隙。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，渠波，白敏，张骥，
申请(专利权)人：黄辉，渠波，白敏，
类型：发明
国别省市：辽宁;21