一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统，所述传感系统包括光源、输入光纤、表面等离子共振传感光纤、接收光纤和光谱仪五部分组成；输入光纤、表面等离子共振传感光纤均为单模光纤，接收光纤为多模光纤；其中输入光纤与表面等离子共振传感光纤之间是在光纤端面纵向错位36微米的，通过错位熔接，在表面等离子共振传感光纤和空气界面处激发倏逝场，因此对表面等离子共振传感光纤无需进行剥离或腐蚀，可通过在包层上直接镀上金膜激发出对外界物质敏感的表面等离子共振波；之后再对表面等离子共振传感光纤进行表面功能化后，特定物质会引起表面等离子共振波共振波长的偏移，从而实现待测物质的超灵敏特异性检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统。
技术介绍
表面等离子体共振(SPR)技术是近年来发展起来的一种新型传感检测方法。光纤SPR传感器是SPR传感技术发展的自然延伸，是实现传感器集成化、微型化、高灵敏度、高可靠性的具体体现，SPR传感的基本条件是倏逝场渗透到金膜中。为了使倏逝场与金膜接触，剥除光纤包层的一些传统方法是氢氟酸(HF)腐蚀、在光纤侧面抛光研磨和在光纤端面研磨。光纤芯暴露于空气中，在纤芯和空气界面处存在倏逝场。然后在纤芯表面镀一层50nm金膜，浸入检测液中，形成纤芯-50nm金膜-检测液的三层结构。光纤芯表面的倏逝场进入金膜，产生SPR。我们称之为光纤芯型SPR传感器。由于光纤的结构，包层完全包围光纤芯，为了实现光纤SPR传感器，另一种方法是将光纤芯的透射光耦合到光纤包层(锥形非均匀芯结构光纤光栅)，导致光纤包层与空气的界面处直接出现倏逝场。同时，在光纤包层上镀50nm金膜并浸入检测液中，构建光纤包层-50nm金膜-检测液结构。当光纤包层表面出现倏逝场并进入金膜时，会产生SPR现象。对于这种传感器，通常不能通过改变光纤结构来实现光从纤芯到光纤包层的传输能量耦合，从而获得高效、稳定的光纤SPR传感器。我们称之为包层式SPR传感器。本文提出了一种基于芯移熔接技术的光纤包层SPR传感器，光在光纤包层中耦合，通过芯移熔接技术进行短距离传输。当光在光纤包层中传输时，光纤与包层之间的倏逝场完全暴露在空气中，很好地解决了光纤型SPR传感器对倏逝场难以获取的问题。同时，光纤包层镀有一层50纳米的金膜。这种新型光纤SPR传感器是在普通光纤的基础上，采用最简单的结构和设计制作的。该方案有效地避免了光纤SPR传感器的熔覆腐蚀、侧抛光、端部磨削、光学选通、熔锥锥化等复杂加工方法，获得了光纤SPR传感器的倏逝场与金膜的相互作用，提高了光纤SPR探头制造的重复性。传统的方法是通过腐蚀、磨光、锥度，例如专利号为CN201910680206.6和专利号为CN201910630093.9等专利都使用复杂的机械加工方法将光纤熔覆层剥落并镀上金膜，造成加工难度大、性能重复性差的缺点。也就是说，构建一种结构新颖、制作简单、性能稳定、成本低廉的光纤SPR传感系统及其在各种光纤中的应用是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有光纤SPR传感系统的制作复杂、成本昂贵、灵敏度和精确性较低的问题，本专利技术提出了一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统，具体系统包括：光源、输入光纤、表面等离子共振传感光纤、接收光纤、光谱仪，所述表面等离子共振传感光纤镀有金膜。所述光源是500～800nm的超连续光谱光源。所述输入光纤以及表面等离子共振传感单模光纤的纤芯直径为9μm，包层直径为125μm；所述接收光纤的纤芯直径为105μm，包层直径为125μm。表面等离子共振传感光纤表面镀有金膜，所述金膜厚度为50nm。所述光谱仪的工作波段是600～800nm，波长分辨率是0.02nm。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统：该SPR传感系统通过错位熔接，在表面等离子共振传感光纤和空气界面处激发倏逝场，因此对表面等离子共振传感光纤无需进行剥离或腐蚀，可通过在包层上直接镀上金膜激发出对外界物质敏感的表面等离子共振波；在对表面等离子共振传感光纤进行表面特异性修饰后，特定待测物质会引起表面等离子共振波共振波长的偏移，从而实现待测物质的超灵敏特异性检测。该方案避免了传统光纤芯型SPR传感器光纤包层剥落的复杂加工工艺，降低了光纤SPR传感器加工生产难度、成本。传统的方法是通过腐蚀、磨光、锥度等复杂的机械加工方法将光纤熔覆层剥落并镀上金膜，造成加工难度大、性能重复性差的缺点。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感器的传感系统示意图。图2是本专利技术实施例1中的基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统的特异性表面修饰流程图。图3是本专利技术实施例1中的基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统在不同浓度免疫球蛋白G(IgG)溶液中的敏感光谱图。图4是本专利技术实施例1中的基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统的光谱共振波长和免疫球蛋白G(IgG)溶液浓度的关系图。图5是本专利技术实施例1中的基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统在明胶(BSA)、牛血清白蛋白(Gelatin)和免疫球蛋白G(IgG)波长漂移比较图。图中：1、光源，2、输入光纤，3、表面等离子共振传感光纤，4、接收光纤，5、光谱仪，6、金膜。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：如图1所示的一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统，本传感系统主要利用错位熔接来提高光纤SPR传感器检测的灵敏度和精确度，系统结构包括光源(1)、输入光纤(2)、表面等离子共振传感光纤(3)、接收光纤(4)、光谱仪(5)，在表面等离子共振传感光纤(3)上镀上一层金膜(6)，实现了光纤SPR传感。通过错位熔接，在表面等离子共振传感光纤和空气界面处激发倏逝场，因此对表面等离子共振传感光纤无需进行剥离或腐蚀，可通过在包层上直接镀上金膜激发出对外界物质敏感的表面等离子共振波，提高了传感器灵敏度，同时解决了SPR传感器获得倏逝场的困难，操作简单方便。实施例本实施例中，制备一种用于检测溶液浓度的基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感器。以下以免疫球蛋白G(IgG)物质的实时监测为例：在我们的实验中，选择人免疫球蛋白G(HIgG)作为检测目标，而我们选择的相应抗体是山羊抗人免疫球蛋白G(GaHIgG)。用磷酸缓冲盐溶液(PBS)(pH＝7.4)清洗光纤，把光纤清洗干净以后，将其直接在0.2mg/mL的GaHIgG溶液中孵育1小时。之后，将PBS缓冲液注入感测区域以洗去未结合的抗体。然后将传感区域浸入于0.5mg/mL的BSA溶液中0.5小时，以封闭非特异性结合位点。用PBS缓冲液洗涤后，固定在金膜表面的抗IgG已经可以用作捕获IgG的生物传感器。现在，该SPR生物传感器生产已经完成。将传感器浸入PBS缓冲液中以保护其活性，并准备进行HIgG检测。然后在该纤维传感器的表面功能化之后，进行以下生物学实验。首先，选择浓度为0.025mg/mL的HIgG溶液并将传感器浸入其中。光谱仪用于观察光谱。大约30分钟后，基本谱图没有漂移，这表明GaHIgG和HIgG的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统，其特征在于包括：包括光源（1）、输入光纤（2）、表面等离子共振传感光纤（3）、接收光纤（4）、光谱仪（5）；光源（1）输出的光依次通过输入光纤（2）、表面等离子共振传感光纤（3）、接收光纤（4）到达光谱仪（5），通过计算光谱仪（5）上得到的光谱信号，可实时检测外界待测物质的存在以及浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统，其特征在于包括：包括光源（1）、输入光纤（2）、表面等离子共振传感光纤（3）、接收光纤（4）、光谱仪（5）；光源（1）输出的光依次通过输入光纤（2）、表面等离子共振传感光纤（3）、接收光纤（4）到达光谱仪（5），通过计算光谱仪（5）上得到的光谱信号，可实时检测外界待测物质的存在以及浓度。


2.根据权利要求1所述的一种基于错位熔接技术的光纤表面等离子共振传感系统，其特征在于：所述光源（1）是500~800nm的超连续光谱光源。

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【专利技术属性】
技术研发人员：曹宏杰，郎婷婷，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33