一种基于HCF-SPR的葡萄糖浓度检测光纤传感器制造技术

本技术提供了一种基于HCF‑SPR的葡萄糖浓度检测光纤传感器，属于光纤传感领域；本技术与其它葡萄糖浓度监测装置相比具有灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低、抗腐蚀性和抗电磁干扰性强等优点；本技术包括ASE宽光源，单模光纤，多模光纤，空芯光纤，光谱仪；其中，空芯光纤表面镀有一层Au膜以提供自由电子激发SPR，在Au膜外涂覆有一层葡萄糖敏感膜，当溶液中葡萄糖浓度变化，葡萄糖敏感膜的折射率也随之变化，会引起光谱的谱线漂移，谱线的漂移程度可以直观反映出溶液中的葡萄糖浓度。

【技术实现步骤摘要】

本技术设计属于光纤传感领域，具体设计一种人体血液中的葡萄糖浓度传感器。

技术介绍

1、葡萄糖是人体内最常见最基本的糖类之一，是人体新陈代谢的重要物质以及能量来源。但是体内葡萄糖含量过高，导致糖尿病和肥胖症等疾病；体内葡萄糖含量过低，会导致低血糖等疾病。因此葡萄糖浓度的高精度检测和特异性识别，具有十分重要的意义。相比其他类型的传感器，光纤传感器具有体积小、结构简单、灵敏度高和易实现在线监测等优点。现有的葡萄糖浓度监测传感器普遍具有体积大，灵敏度低等缺点。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于hcf-spr的葡萄糖浓度检测光纤传感器。是为了解决现有的葡萄糖传感器灵敏度低、精确度低、制作复杂等问题。

2、为了实现上述目的，本技术实施采用如下技术方案：

3、提供了一种基于hcf-spr的葡萄糖浓度检测光纤传感器，其特征在于，所述传感器包括ase宽光源(1)、输入单模光纤(2)、输入多模光纤(3)、空芯光纤(4)、au膜与葡萄糖敏感膜(5)、输出多模光纤(6)、输出单模光纤(7)、光谱仪(8)。

4、ase宽光源(1)发出波长连续的光经过输入单模光纤(2)然后经过输入多模光纤(3)扩束后传入到空芯光纤(4)，空芯光纤经熔接机电极放电使其中间位置膨胀且整个空芯光纤表面镀有一层au膜以提供自由电子激发spr。在au膜外涂覆有葡萄糖敏感膜，对葡萄糖有识别作用，不同的葡萄糖浓度，导致葡萄糖溶液的ph值不同进而引起葡萄糖敏感膜的折射率变化；通过光谱仪接收信号，当葡萄糖浓度不同，敏感膜的折射率会发生变化，从而影响光谱的漂移，实现葡萄糖浓度的检测。

5、葡萄糖敏感膜由衬底及葡萄糖氧化酶组成，衬底包含乙烯亚胺及聚丙烯酸。由于衬底对光纤有很好的吸附性，葡萄糖氧化酶可以通过附着于衬底更好地附着于光纤。

6、所述多模光纤(3)的外直径为125μm，内直径为105μm，长度为1mm；所述空芯光纤(4)的外直径为125μm，内直径为50μm，长度为500μm。au膜厚度60nm。

7、光纤连接的损耗不可避免，但采用热熔方法可以有效降低连接损耗，本光纤传感器通过热熔的方法将输入单模光纤(2)、输入多模光纤(3)、空芯光纤(4)、输出多模光纤(5)、输出单模光纤(6)熔接到一起。

8、光纤不能检测溶液中的葡萄糖浓度，但葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖溶液中微量葡萄糖分子的分解，生成葡萄糖酸，葡萄糖水溶液的ph值发生改变。此时在聚乙烯亚胺中，官能团-coo旋转变成官能团-cooh，并且更多的阳离子出现在聚乙烯亚胺附近。聚乙烯亚胺与聚丙烯酸的聚合作用变弱，其溶胀程度增加，导致空芯光纤包层的有效折射率发生变化，最终导致光纤中传输光的光程差改变，光纤传感器光谱图有规律的移动，进而可以对葡萄糖溶液浓度的变化进行测量，并通过拟合图可以得出相应的灵敏度。利用乙烯亚胺及聚丙烯酸组成的衬底对光纤的良好吸附性，使葡萄糖氧化酶通过附着于衬底更好的附着在光纤表面，达到更好的传感效果。

9、本技术的有益效果是：本技术针对传统的葡萄糖传感器反应慢、灵敏度低、制作复杂等问题，提出改进方案。葡萄糖敏感膜作为葡萄糖浓度检测的主要部分，葡萄糖敏感膜中的葡萄糖氧化酶能够催化葡萄糖分解成葡萄糖酸，使溶液ph发生改变，溶液ph值的变化能够影响葡萄糖敏感膜的折射率。葡萄糖氧化酶通过衬底的作用吸附到光纤上并且吸附后非常稳定，通过观察光谱的变化实现对溶液中葡萄糖浓度的检测。

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【技术保护点】

1.一种基于HCF-SPR的葡萄糖浓度检测光纤传感器，其特征在于，所述检测装置包括ASE宽光源(1)、输入单模光纤(2)、输入多模光纤(3)、空芯光纤(4)、Au膜与葡萄糖敏感膜(5)、输出多模光纤(6)、输出单模光纤(7)、光谱仪(8)；所述的ASE宽光源(1)发出波长连续的光经过输入单模光纤(2)和输入多模光纤(3)与空芯光纤(4)左端相连，空芯光纤外侧镀有一层Au膜，在Au膜外涂覆了一层葡萄糖敏感膜，空芯光纤(4)右侧依次通过输出多模光纤(6)和输出单模光纤(7)与光谱仪(8)相连。

2.如权利要求1所述的一种基于 HCF-SPR 的葡萄糖浓度检测光纤传感器，其中，所述多模光纤(3)的外直径为125μm，内直径为105μm，长度为1mm；所述空芯光纤(4)的外直径为125μm，内直径为50μm，长度为500μm；空芯光纤(4)表面Au膜厚度60nm，熔接机电极放电产生高温，使得空芯光纤(4)中间位置膨胀，膨胀位置的包层厚度d＝1.15μm。

【技术特征摘要】

1.一种基于hcf-spr的葡萄糖浓度检测光纤传感器，其特征在于，所述检测装置包括ase宽光源(1)、输入单模光纤(2)、输入多模光纤(3)、空芯光纤(4)、au膜与葡萄糖敏感膜(5)、输出多模光纤(6)、输出单模光纤(7)、光谱仪(8)；所述的ase宽光源(1)发出波长连续的光经过输入单模光纤(2)和输入多模光纤(3)与空芯光纤(4)左端相连，空芯光纤外侧镀有一层au膜，在au膜外涂覆了一层葡萄糖敏感膜，空芯光纤(4)右侧依次通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：石静坤，杨文龙，张尚溥，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：