CN100567957C - 一种具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有温度校正的多光纤束SPR探头，它包括一个表面设有Au膜的半球型棱镜，半球型棱镜的端面上设有两组在垂直方向耦合于棱镜端面的光纤束，每组光纤都关于棱镜端面的圆心中心对称，两组光纤束垂直端面的方向上对应的球面Au膜上分别固化有生物化学敏感膜和温度敏感膜。由SPR实时检测待测液的温度和被测物质的浓度，然后由实测温度代入校正模型去校正温度对测试结果的影响，有效地解决了由于温度而影响测定结果的稳定性和测试精度的问题，提高被测物质浓度的测试灵敏度和精确度。它易于携带，制造成本低，在农业环保、生物医学和食品安全领域具有重要的意义。

Description

一种具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头
技术领域
本发明涉及一种有温度校正的多光纤束SPR探头，特别是具有多光纤通道的分别能够对温度和对被测物敏感的SPR探头，有效地解决了由于温度而引起的SPR检测的稳定性和测试精度问题，这种具有温度校正的多光纤束SPR探头在农业环保、生物医学和食品安全领域具有重要的意义。
背景技术
表面等离子共振(SPR)是电磁波所激励的在金属和电介质交界面上形成的影响电磁波传播的谐振波。在光波的激发下，在金属与介质的界面产生倏逝波，当入射光的波矢沿着平行于交界面方向的分量与表面等离子波(SPW)的波矢相等，倏逝波引起产生表面等离子共振，因此光在传播过程中发生能量损失，在宏观上表现为某些光谱被强烈吸收。SPW对介质的折射率的微小变化都极其敏感。如果让被测样品与传感器表面的耦合层接触，由于存在着吸附或者化学反应，被测样品的折射率发生变化。根据这一原理，人们在应用上做了广泛的探讨，研究开发出了多种多样的光学SPR传感器，在结构上可分为：棱镜耦合式SPR传感器、光纤式SPR传感器和光栅耦合式SPR传感器。目前只有棱镜式SPR传感器从实验室走向市场，但这些产品都有共同的不足之处：体积大、结构复杂、不易携带、价格高，特别是环境温度对测定结果的影响很大。目前只有Bicore公司生产的基于棱镜耦合式SPR传感器及分析仪器具备了温度控制，确保传感器表面的温度恒定，而光纤SPR传感器，是一个开放性的测试系统，无法像棱镜耦合式SPR传感器那样，内部嵌入温度控制器。因此研究开发一种结构简单、携带方便、具有温度校正的光纤SPR探头且易于实现产品化的SPR传感器成为当务之急。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、携带方便且易于实现产品化的具有温度校正的多光纤束SPR探头。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有温度校正的多光纤SPR探头，它包括一个表面设有Au膜的半球型棱镜，半球型棱镜的端面上设有两组在垂直方向耦合于棱镜端面的光纤束，每组光纤都关于棱镜端面的圆心中心对称，两组光纤束垂直端面的方向上对应的球面Au膜上分别固化有生物化学敏感膜和温度敏感膜。
所述的Au膜厚度为30～100nm。
所述的Au膜厚度为50nm。
所述的生物化学敏感膜和温度敏感膜的厚度均为50nm～200μm。
所述的光纤束封装在不锈钢套管中，光纤束下端与棱镜端面粘结。
本发明提供了一种基于SPR技术的具有温度校正的多光纤束SPR探头，该光纤探头由镀有Au膜的半球型棱镜、被测样品的敏感膜、温度敏感膜及两组光纤束组成的复合结构。在半球型的棱镜表面上设置一层Au膜，棱镜端面与光纤束粘接，光纤束封装在不锈钢套管中，仅将生长有对温度和被测物敏感膜的半球型棱镜暴露于被测的液体中，构成了具有温度校正的复合SPR探头。可以利用SPR原理实现温度高精度探测，实现被测物质的高精度探测。由SPR实时检测待测液的温度和被测物质的浓度，然后由实测温度代入校正模型去校正温度对测试结果的影响，有效地解决了光纤SPR传感器应用中，由于温度而影响测定结果的稳定性和测试精度的问题，提高被测物质浓度的测试灵敏度和精确度。它易于携带，制造成本低，在农业环保、生物医学和食品安全领域具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的右视图；
图3为本发明的俯视图。
具体实施方式
实施例：如图1-3所示的具有温度校正的多光纤SPR探头，在半球型的棱镜5的圆弧表面上生长了30nm～100nm厚的Au膜6，本实施例中Au膜6厚度为50nm，厚度太小不容易设置，厚度太大会影响光线的穿透。有两组光纤束1、2和3、4在垂直方向耦合于棱镜5的端面上，两组光纤束垂直端面的方向上对应的球面处分别设有生物化学敏感膜7和温度敏感膜10，根据具体情况设置不同厚度，在50nm～200μm范围内。两组光纤束，在棱镜5端面上分别处于两组光线入射点和光线反射点位置上，其中一组光纤束1、2用于温度信号的SPR探测和光波的传导，另一组光纤束3、4用于探测待测物质的SPR相关信息和光波的传导。
图中1是温度测量的入射光光纤束，2是温度测量的反射光纤束，3是目标分析物测量的反射光纤束，4是目标分析物测量的入射光光纤束，5是半球型棱镜，6是Au膜，7是生物化学敏感膜，8是目标分析物溶液。
当一束经过偏振片处理的宽带光源耦合进温度测量光纤束1，并经棱镜5传导至Au膜6处，特定波长激发产生表面等离子波，随着被测物的浓度的变化，产生表面等离子共振。分析经反射光纤2传导出的SPR光谱信息，可知等离子体共振波长，而共振波长与液体介质折射率存在对应关系，液体介质8折射率与液体温度存在一定的线性关系，据此来实现对温度的测定，代入SPR温度校正模型，进而实现温度的校正。另一束宽光源经另一组入射光纤束4传导至生物化学敏感膜7，激发产生表面等离子共振波，共振波长及折射率与生物化学敏感膜所接触到的目标分析物的浓度及性质有对应关系，分析出射光纤3传导出的SPR光谱信息，即可测定目标分析物的浓度。

Claims (5)

1、一种具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头，其特征在于：它包括一个圆弧表面设有Au膜的半球型棱镜，半球型棱镜的端面上设有两组在垂直方向耦合于棱镜端面的光纤束，每组光纤束包括入射光光纤束和与之对应的反射光光纤束，每组光纤束都关于棱镜端面的圆心中心对称，一组光纤束垂直端面的方向上对应的球面Au膜上固化有生物化学敏感膜，另一组光纤束垂直端面的方向上对应的球面Au膜上固化有温度敏感膜。
2、根据权利要求1所述的具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头，其特征在于：所述的Au膜厚度为30～100nm。
3、根据权利要求1所述的具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头，其特征在于：所述的Au膜厚度为50nm。
4、根据权利要求1所述的具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头，其特征在于：所述的生物化学敏感膜和温度敏感膜的厚度均为50nm～200um。
5、根据权利要求1-4任一条所述的具有温度校正的多光纤表面等离子共振探头，其特征在于：所述的光纤束封装在不锈钢套管中，光纤束下端与棱镜端面粘结。
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