本实用新型专利技术揭示了一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，该微腔电流传感器包括扫频激光器、偏振控制器、毛细管微腔‑锥形光纤耦合单元、光电探测器和反馈单元，扫频激光器、偏振控制器、毛细管微腔‑锥形光纤耦合单元、光电探测器通过光纤熔接的方式相连接，反馈单元将光电探测器测得的光功率和扫频激光器的光功率进行运算输出回音壁模式共振谱。该传感器利用灌注微量蛋白质溶液的高Q值毛细管微腔作为传感单元，利用液芯蛋白质分子的导电特性增强回音壁模共振对外加电场的感知能力，实现电场的快速、高灵敏度测试，具有体积微小、结构紧凑、集成度高、响应快、稳定性好、成本低等特性。
【技术实现步骤摘要】
一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器
本技术涉及一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，可用于传感器
技术介绍
光纤电流传感器(OCT)由于其良好的电气绝缘性能、耐腐蚀性、快速响应等特性成为近年来电流传感器的优选。其主要分为电光-磁光型OCT和辐射内调制型OCT，前者的特征是制作简单且适用于多种应用场合，但是由于受到光纤本身的限制，电光-磁光型OCT容易受到环境噪声的影响；辐射内调制型OCT改善了高压绝缘性能，但是仍然有传统电磁式电流互感器的缺点。微腔由于其高Q值、模式体积小、腔内光子寿命长，光场与物质互作用强等特性，目前已被广泛应用于各种生物、化学、温度、应力等物理参数的传感测试。相比于一般的光纤传感器，微腔传感器具有结构稳定、更紧凑、响应速度快、成本更低等优势。TindaroL，UlasA等人提出了基于实心球形微腔的电流传感器，利用形态依赖共振的方法(即为回音壁模式WGM)，实现了快速响应、低成本、微小体积的电流传感测试，其电场传感灵敏度为1.7pm/(kv/m)。特别的，该方案需要对微球腔传感器进行高压电场极化方法，利用聚合物材料对微球腔的表面进行功能化，以确保其传感灵敏度，制备方法相对复杂。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器。本技术的目的将通过以下技术方案得以实现：一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，包括扫频激光器、偏振控制器、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元、光电探测器和反馈单元，其中，扫频激光器、偏振控制器、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元、光电探测器通过光纤熔接的方式相连接，所述反馈单元分别与扫频激光器和光电探测器电性连接，反馈单元将光电探测器测得的光功率和扫频激光器的光功率进行运算输出回音壁模式共振谱。优选地，所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元用于灌注微量蛋白质溶液，所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元包括毛细管微腔和锥形光纤，毛细管微腔和锥形光纤垂直耦合激发回音壁模式共振，向毛细管微腔中灌入蛋白质溶液，通过偏振控制器调整毛细管微腔内的光场共振模式，由光电探测器探测回音壁模式共振谱。优选地，所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元由锥形光纤与毛细管微腔通过位移平台精确垂直耦合构成。优选地，所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元内的蛋白质溶液通过虹吸效应被灌注入毛细管微腔内。优选地，所述蛋白质溶液的体积为微升级别，所述蛋白质溶液的浓度为0.2mg/ml～1.0mg/ml。优选地，所述毛细管微腔的壁厚为2～3μm，毛细管微腔的内径大小为50～100μm。优选地，所述光电探测器为特定波长的光电探测器，所述光电探测器的波长为红外波段。优选地，所述锥形光纤通过拉锥机熔融拉锥而成，锥形光纤的锥区直径为2～3μm。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：利用灌注微量蛋白质溶液的高Q值毛细管微腔作为传感单元，由于毛细管微腔液芯溶液中蛋白质分子的导电特性，在变化的电场中会在微腔内壁表面发生定向移动，从而明显改变微腔液芯部分的有效折射率，进一步引起回音壁模式共振谱的漂移，提高了回音壁模式共振对电场的灵敏度，实现一种具有高灵敏度、快速检测、结构紧凑、集成度高、响应快、成本低的电流传感器。本技术在解决电场强度测试实际问题中具有潜在的、巨大的应用价值。附图说明图1为本技术的一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器的结构示意图。图2为本技术微腔内分别通入去离子水后实验测试得到的回音壁模式共振谱随电场的变化规律图。图3为本技术微腔内分别通入8％NaCl溶液后实验测试得到的回音壁模式共振谱随电场的变化规律图。图4为本技术微腔内分别通入16％NaCl溶液后实验测试得到的回音壁模式共振谱随电场的变化规律图。图5为本技术微腔内蛋白质分子在电场作用下，由于导电特性产生定向移动过程示意图。图6为本技术微腔内注入0.2mg/ml蛋白质溶液后得到的回音壁模式共振谱图。图7为本技术微腔内注入0.2mg/ml蛋白质溶液后得到的回音壁模式共振谱图。图8为本技术微腔内注入0.8mg/ml蛋白质溶液后得到的回音壁模式共振谱图。图9为本技术微腔内注入0.8mg/ml蛋白质溶液后得到的回音壁模式共振谱图。图10为本技术微腔内注入1mg/ml蛋白质溶液后得到的回音壁模式共振谱图。图11为本技术微腔内注入1mg/ml蛋白质溶液后得到的回音壁模式共振谱图。具体实施方式本技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本技术要求保护的范围之内。本技术揭示了一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，如图1所示，该传感器结构包括扫频激光器1、偏振控制器2、灌注微量蛋白质溶液的毛细管微腔-锥形光纤耦合单元3、光电探测器4和反馈单元5，其中，扫频激光器1、偏振控制器2、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元3、光电探测器4通过光纤熔接的方式相连接。所述反馈单元5分别与扫频激光器1和光电探测器4电性连接，反馈单元5将光电探测器4测得的光功率和扫频激光器1的光功率进行运算输出回音壁模式共振谱；毛细管微腔-锥形光纤耦合单元3用于灌注微量蛋白质溶液。所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元3包括毛细管微腔6和锥形光纤7，具体地，在本技术方案中，所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元3由锥形光纤7与毛细管微腔6通过位移平台精确垂直耦合构成。所述毛细管微腔6和锥形光纤7垂直耦合激发回音壁模式共振，向毛细管微腔6中灌入蛋白质溶液8，改变回音壁模式共振特性随电场变化的灵敏度，通过偏振控制器2调整毛细管微腔内的光场共振模式，由光电探测器探测回音壁模式共振谱。所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元3内的蛋白质溶液8通过虹吸效应被灌注入毛细管微腔6内，蛋白质溶液的体积为微升级别，所述蛋白质溶液的浓度为0.2mg/ml～1.0mg/ml。所述毛细管微腔的壁厚为2～3μm，毛细管微腔的内径大小为50～100μm。锥形光纤通过拉锥机熔融拉锥而成，锥区直径为2-3μm，毛细管微腔也是熔融拉锥制备而成，外径为90μm，壁厚2-3μm，该毛细管微腔具有高对称性、薄壁、体积微小等特点。所述光电探测器为特定波长的光电探测器，在本技术方案中，所述光电探测器的波长优选为红外波段。一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器的传感方法，该方法包括以下步骤：S1：产生加载到毛细管微腔上的变化的电场；将两片2cm×2cm×1mm的黄铜板中心打出直径为1mm左右的孔后加入到毛细管微腔尾端的两侧以形成一个平行板电容器，在平行板电容器的两面分别焊上两根导线为搭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，其特征在于：包括扫频激光器（1）、偏振控制器（2）、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元（3）、光电探测器（4）和反馈单元（5），其中，扫频激光器（1）、偏振控制器（2）、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元（3）、光电探测器（4）通过光纤熔接的方式相连接，所述反馈单元（5）分别与扫频激光器（1）和光电探测器（4）电性连接，反馈单元（5）将光电探测器（4）测得的光功率和扫频激光器（1）的光功率进行运算输出回音壁模式共振谱。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，其特征在于：包括扫频激光器（1）、偏振控制器（2）、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元（3）、光电探测器（4）和反馈单元（5），其中，扫频激光器（1）、偏振控制器（2）、毛细管微腔-锥形光纤耦合单元（3）、光电探测器（4）通过光纤熔接的方式相连接，所述反馈单元（5）分别与扫频激光器（1）和光电探测器（4）电性连接，反馈单元（5）将光电探测器（4）测得的光功率和扫频激光器（1）的光功率进行运算输出回音壁模式共振谱。
2.根据权利要求1所述的一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，其特征在于：所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元（3）用于灌注微量蛋白质溶液，所述毛细管微腔-锥形光纤耦合单元（3）包括毛细管微腔（6）和锥形光纤（7），毛细管微腔（6）和锥形光纤（7）垂直耦合激发回音壁模式共振，向毛细管微腔（6）中灌入蛋白质溶液（8），通过偏振控制器（2）调整毛细管微腔内的光场共振模式，由光电探测器探测回音壁模式共振谱。
3.根据权利要求1所述的一种用于蛋白质分子表面改性增强型的微腔电流传感器，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈冀景，韩丰恺，周权，张驰，万洪丹，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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