CN104596992A

CN104596992A - 极大倾角光纤光栅spr生化传感器及其制作方法

Info

Publication number: CN104596992A
Application number: CN201510027962.0A
Authority: CN
Inventors: 罗彬彬; 赵明富; 石胜辉; 吴胜昔; 全晓莉; 钟年丙; 陈立功; 肖汉光; 周登义; 汪治华; 白军
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2015-05-06

Abstract

本发明公开了极大倾角光纤光栅SPR生化传感器及其制作方法，极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层，其特征在于：所述光纤纤芯的前段设置第一倾斜光纤光栅，该第一倾斜光纤光栅作为极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；该第一倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为45°；所述光纤纤芯的中段设置第二倾斜光纤光栅，该第二倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为79°～84°；该第二倾斜光纤光栅的外表面有一层金属膜或一层金纳米粒子，作为表面等离子波的载体；本发明利用极大倾角光纤光栅激发表面等离子体波测量生物分子或化学成分，可广泛应用于生物、化工、医学、生命科学等领域。

Description

极大倾角光纤光栅SPR生化传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及光纤传感器，具体涉及极大倾角光纤光栅SPR生化传感器及其制作方法。

背景技术

表面等离子体共振(SPR)传感器是一种基于金属与电介质界面表面等离子体波(SPW)的传播常数对外部环境折射率敏感原理的光学传感器。1983年，Liedberg等首先将SPR技术应用于气体检测和生物传感领域，促成了1990年世界上第一款商品化SPR传感器Biacore的问世。此后二十多年，国内外相关学者对物理、化学尤其是生物检测领域的各类SPR生物化学(简称“生化”)传感器的原理和应用都进行了广泛研究，比如：氢气、三硝基甲苯等危险物的SPR监测技术，血糖含量、DNA杂交、抗体-抗原反应、生物大分子作用力等的SPR传感技术。与采用电化学、压电原理等传统生化传感器及其他原理的光学生化传感器相比，各类基于SPR原理的生化传感器具有高折射率灵敏度、高折射率分辨率、免标记、非破坏性等共同优点。可见，SPR传感技术不仅可为化学、生物医学及生命科学等科学研究领域提供重要的技术手段，而且在环境监测、医疗诊断、生化检测和食品安全等工程应用领域具有广阔的应用前景。

然而，现有商用化的SPR传感器大都是基于角度检测的Kretschmann棱镜耦合结构，虽然它们具有高灵敏度、高稳定性等优点，但体积大、扫描时间长、价格昂贵，只适合在实验室中使用，不能进行活体在线检测。由于光纤具有电绝缘、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小、质量轻及可远程传感等优点，自九十年代以来，国内外许多学者提出将各种光纤或光纤器件作为激励介质以实现SPR传感器的微型化和远程监测。

根据激励光纤的材料/器件类型的不同可将光纤SPR传感器大体分为三大类：多模/单模光纤SRP、特殊光纤SRP和光纤光栅SPR传感器。前两种光纤SPR传感器的工作波长大都在600nm～900nm，该波段对应的SPW到外部介质的透射深度为200nm～350nm，对应的光纤损耗也较通信波段(～1550nm)的高得多，且它们的SPR共振峰带宽都较宽(>20nm)，因此信噪比和Q值(<10²)较低。根据Piliariuk的理论：由于SPW的透射深度与工作波长成正比，因此不论波长或强度解调的SPR传感器，理论上都可通过增大工作波长来提高其折射率灵敏度和折射率分辨率。虽然传统的多模光纤SPR传感器的折射率灵敏度已很高(>2000nm/RIU)，但它们存在的主要问题是：必须精确控制和保持所有可能存在的包层模的偏振态和能量分布的稳定性，以保证SPR的相位匹配状态的稳定性，这就要求必须严格控制光纤输入端光的发射条件，并使用较短的、无急剧弯曲的光纤，且在实验或使用中不能让光纤发生位移。另外，为了解决传统光纤SPR传感器相位匹配不稳定的问题，近年来人们提出基于各类光纤光栅的SPR生化传感器。主要有基于长周期光纤光栅的SPR、基于光纤Bragg光栅的SPR和基于小角度(<11^o)倾斜光纤光栅的SPR传感器。

目前已报道的各类光纤SPR传感器的折射率分辨率大多在10^-5～10^-7，其中小角度(<11°)倾斜光纤光栅SPR传感器具有良好的偏振相关性且线性度和Q值都最高。但是，一般小角度(<11°)倾斜光纤光栅SPR的折射率灵敏度仅～500nm/RIU，远低于传统光纤SPR传感器的折射率灵敏度(>2000nm/RIU)。而至今，关于本发明提出的基于极大倾角光纤光栅的SPR生化传感器，国内外上尚无相关报道。

发明内容

针对上述已有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供极大倾角光纤光栅SPR生化传感器及其制作方法。

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一个技术方案，极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层，其特征在于：所述光纤纤芯的前段设置第一倾斜光纤光栅，该第一倾斜光纤光栅作为极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；该第一倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为45°；所述光纤纤芯的中段设置第二倾斜光纤光栅，该第二倾斜光纤光栅作为光纤纤芯和光纤包层的光共振耦合器；该第二倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为79°～84°；所述第一倾斜光纤光栅的快轴和慢轴分别与所述第二倾斜光纤光栅的快轴和慢轴平行；包裹所述第二倾斜光纤光栅的光纤包层的外表面吸附有硅烷层，其余光纤包层的外表面涂覆有光纤保护涂覆层；所述硅烷层外设有金属膜或金纳米颗粒，该金属膜或金纳米颗粒作为表面等离子体共振的载体，以使其表面等离子体波的共振波长处在第二倾斜光纤光栅的谐振带内。

本发明具有一般光纤传感器的优越性，不易受电磁干扰，传感器尺寸小、轻，无毒绝缘，无电流，适于强酸、强碱、高温高压、易燃易爆等恶劣环境，尤其在生物医学领域用于在体测量时具有高度安全性。另外，与传统的光纤SPR生物传感器比较而言，本发明还有很多独特的优点，包括：本传感器结构独特巧妙，45°倾斜光纤光栅作为一个全光纤的起偏器，且它的快轴和慢轴分别与极大倾角光纤光栅的快轴和慢轴完全平行，保证了以极高的效率激发高阶包层模的倏逝场。本发明与基于小角度(<11°)倾斜光纤光栅的方案相比具有更明显的偏振相关效应和高得多的折射率灵敏度；与基于普通光纤Bragg光栅的方案相比可不需对包层处理，保持了传感器的鲁棒性和可靠性；与基于长周期光纤光栅的方案相比，其谐振峰带宽比长周期光纤光栅低一个量级，因此其信噪比和Q值都很高，理论上可获得更高的折射率测量精度；此外，其尺寸和温度交叉敏感效应比以上三类光栅的都小；可工作于通信波段，以提高其折射率灵敏度及折射率分辨率，并可利用该波段已高度商用化的高功率、低噪声光源及高灵敏度光电探测器完成传感系统的集成以降低成本；由于该波段的光纤损耗最低，使其比工作于可见光波段的传统光纤SPR传感器能实现更远程的传感，因此具有良好应用前景。

总之，本传感器结构独特，微型化，光纤化，第二倾斜光纤光栅是极大倾角光纤光栅，利用极大倾角光纤光栅的高阶包层模倏逝场、金属表面等离子波的共振波长及强度特性来测量生物分子或化学成分，在一段光纤上实现了一个完整的具有极强偏振相关性的高折射率灵敏度、高折射率分辨率、高Q值和性能十分稳定的新型光纤光栅SPR传感器。

根据本发明所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的一个优选方案，金属膜或金纳米颗粒的表面固定有适体层，该适体层对目标生物分子或待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。

根据本发明所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的一个优选方案，在适体层外设置有保护套，该保护套上设置有分子孔筛，以使目标生物分子或待测化学分子能够渗透分子孔筛，与传感器的适体层接触。

根据本发明所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的一个优选方案，第一倾斜光纤光栅的长度为20～30mm，第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，第一倾斜光纤光栅与第二倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；金属膜的厚度为20～150nm。

极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：取一根单模裸光纤，该单模裸光纤只具有光纤纤芯以及包裹光纤纤芯的光纤包层，该单模裸光纤经过载氢处理；

第二步、制作第一倾斜光纤光栅：用双频Ar⁺激光器作为光源，使用扫描幅度掩膜法在单模裸光纤的光纤纤芯前段上制作第一倾斜光纤光栅；设置幅度掩膜板的干涉条纹与光纤水平轴的夹角为33.7°，得到的第一倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为45°；该第一倾斜光纤光栅作为光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；

第三步：制作第二倾斜光纤光栅：用双频Ar⁺激光器作为光源，使用扫描幅度掩膜法在该单模裸光纤的光纤纤芯中段制作第二倾斜光纤光栅；设置幅度掩膜板的干涉条纹与光纤水平轴向的夹角为78°～80°，得到的第二倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为79°～84°；该第二倾斜光纤光栅作为光纤纤芯和光纤包层的光共振耦合器；

第四步：使用光纤涂覆机，在光纤包层的前段和后段表面上涂覆上一层多聚物光纤保护涂覆层；

第五步：使用浓度为5％～8％的硝酸清洁光纤表面,利用硅烷偶联剂溶液对光纤包层中段的外表面进行硅烷化处理，在其表面形成硅烷层；

第六步：使用射频磁控溅射仪在硅烷层的表面镀上一层金属膜，或采用化学孵化的方式在硅烷层上固定一层金纳米颗粒。该金属膜或金纳米颗粒作为表面等离子体共振的载体，以使其表面等离子体波的共振波长处在第二倾斜光纤光栅的谐振带内。

由此，完成了极大倾角光纤光栅SPR化学与生物传感器的制作；利用极大倾角光纤光栅的高阶包层模倏逝场、金属表面等离子波的共振波长及强度特性，可测量或分析生物分子及化学成分。

根据本发明所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法的优选方案，为了提高传感器对特定生物分子或化学的选择性、特异性和灵敏度，该方法还包括第七步：在金属膜或金纳米颗粒的表面固定适体层，该适体层对目标生物分子或待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。

第八步：在第二倾斜光纤光栅的适体层外设置保护套；该保护套上设置有分子孔筛，以使目标生物分子或待测化学分子能够渗透分子孔筛，与传感器的适体层接触。

根据本发明所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法的优选方案，第一倾斜光纤光栅的长度为20～30mm，第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，第一倾斜光纤光栅与第二倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；金属膜的厚度为20～150nm。

本发明所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器及其制作方法的有益效果是，本发明结构独特，制作方法简单，微型化，光纤化，利用45°倾斜光纤光栅作为一个全光纤的起偏器，利用极大倾角光纤光栅的高阶包层模倏逝场、金属表面等离子波的共振波长及强度特性来测量生物分子或化学成分，在一段光纤上实现了一个完整的具有极强偏振相关性的高折射率灵敏度、高折射率分辨率、高Q值和性能十分稳定的新型光纤光栅SPR传感器，比工作于可见光波段的传统光纤SPR传感器能实现更远程的传感，可广泛应用于生物、化工、医学、生命科学等领域。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明。

图1极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的结构图。

图2是第一倾斜光纤光栅4与第二倾斜光纤光栅5的快慢轴方向及偏振光传输光路示意图。

图3是极大倾角光纤光栅SPR生化传感系统的结构示意图。

图4是极大倾角光纤光栅SPR生化传感系统的计算机获取的信号光谱图。

图5是第一倾斜光纤光栅4的纤芯栅区显微实物图示例。

图6是第二倾斜光纤光栅5的纤芯栅区显微实物图示例。

具体实施方式

参见图1至图6，极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，包括光纤纤芯3和包裹光纤纤芯3的光纤包层2；所述光纤纤芯3的前段设置第一倾斜光纤光栅4，该第一倾斜光纤光栅4作为极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；该第一倾斜光纤光栅4的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角α为45°；所述光纤纤芯3的中段设置第二倾斜光纤光栅5，该第二倾斜光纤光栅5作为光纤纤芯3和光纤包层2的光共振耦合器；该第二倾斜光纤光栅5的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角β为79°～84°；所述第一倾斜光纤光栅4的快轴X₁和慢轴Y₁分别与所述第二倾斜光纤光栅5的快轴X₂和慢轴Y₂平行；包裹所述第二倾斜光纤光栅5的光纤包层的外表面吸附有硅烷层6，其余光纤包层的外表面涂覆光纤保护涂覆层1；所述硅烷层6外设有金属膜或金纳米颗粒7，该金属膜或金纳米颗粒7作为表面等离子体共振的载体。

在具体实施例中，金属膜或金纳米颗粒7的表面固定有适体层8，该适体层8对目标生物分子或待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。该适体层8的厚度大于3nm。

在适体层8外设置有保护套9，该保护套9上设置有分子孔筛，以使目标生物分子或待测化学分子渗透分子孔筛，与传感器的适体层接触。

第一倾斜光纤光栅的长度为20～30mm，第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，第一倾斜光纤光栅与第二倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；金属膜的厚度为20～150nm；第一倾斜光纤光栅偏振相关传输损耗谱的半带宽约200nm，在约1550nm的谐振中心波长处的偏振相关损耗>25dB；第二倾斜光纤光栅的光栅周期约32μm，在波长约1550nm处具有一组偏振相关谐振峰，该组的两个相互垂直的偏振相关谐振峰的最大耦合效率>10dB。

第一步：取一根单模裸光纤，该单模裸光纤只具有光纤纤芯3以及包裹光纤纤芯3的光纤包层2，该单模裸光纤经过载氢处理；

第二步：制作第一倾斜光纤光栅4：用双频Ar⁺激光器作为光源，使用扫描幅度掩膜法在单模裸光纤的光纤纤芯3前段上制作第一倾斜光纤光栅；设置幅度掩膜板的干涉条纹与光纤水平轴Z的夹角为33.7°，得到的第一倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角α为45°；该第一倾斜光纤光栅4作为光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；所制作的第一倾斜光纤光栅4的长度为20～30mm，偏振相关传输损耗谱的半带宽约200nm，在约1550nm的谐振中心波长处的偏振相关损耗>25dB；

第三步：制作第二倾斜光纤光栅5：用双频Ar⁺激光器作为光源，使用扫描幅度掩膜法在该单模裸光纤的光纤纤芯3的中段制作第二倾斜光纤光栅5；设置幅度掩膜板的干涉条纹与光纤水平轴向Z的夹角为78°～80°，且双频Ar⁺激光器的激光入射方向与第二步中写入45°倾斜光纤光栅时的激光入射方向相同，从而可以保证第一倾斜光纤光栅4的快、慢轴(即X₁、Y₁)方向与第二倾斜光纤光栅的快、慢轴(即X₂、Y₂)方向完全一致，得到的第二倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角β为79°～84°；该第二倾斜光纤光栅5作为光纤纤芯3和光纤包层2的光共振耦合器；第二倾斜光纤光栅与第一倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，光栅周期约32μm，在波长约1550nm处具有一组偏振相关谐振峰，该组的两个相互垂直的偏振相关谐振峰的最大耦合效率>10dB。

第四步：使用光纤涂覆机，在光纤包层2的前段和后段表面上涂覆上一层多聚物光纤保护涂覆层；

第五步：使用浓度为5％～8％的硝酸清洁光纤表面,利用硅烷偶联剂APTES或APTMS溶液对第二倾斜光纤光栅的光纤包层的外表面进行硅烷化处理，在其表面形成厚度约几十nm的硅烷层6；

第六步：使用射频磁控溅射仪在硅烷层6的表面镀上一层厚度为20～150nm的金属膜，或采用化学孵化的方式在硅烷层6上固定一层金纳米颗粒；金纳米颗粒可以是星形、球形或柱形的金纳米颗粒；该金属膜或金纳米颗粒作为表面等离子体共振的载体，以使其表面等离子体共振波长处在第二倾斜光纤光栅的谐振带内；则第二倾斜光纤光栅5可在金属层的表面激发表面等离子体波14；金属膜采用金属银膜或金膜较好。

第七步：在金属膜或金纳米颗粒7的表面固定适体层8，该适体层8对目标生物分子或待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。

比如，制作测试凝血酶蛋白生物分子的传感器时，使用凝血酶寡核苷酸适体对第二倾斜光纤光栅进行孵化，在金属膜或金纳米颗粒的表面形成厚度约几十nm的凝血酶寡核苷酸适体层。再如，制作测试免疫球蛋白抗原的传感器时，使用免疫球蛋白抗体对第二倾斜光纤光栅进行孵化，在金属膜或金纳米颗粒的表面形成厚度约几十nm的免疫球蛋白抗体层，等等。

第八步：在第二倾斜光纤光栅的适体层8外设置保护套9；该保护套9上设置有筛孔，以使目标生物分子或待测化学分子能够渗透分子孔筛，与传感器的适体层接触；在光纤的前段和后段外表面，安装过渡缓冲套10，以避免光纤被折断。

在具体实施例中，第一倾斜光纤光栅的长度为20～30mm，第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，第一倾斜光纤光栅与第二倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；金属膜的厚度为20～150nm；第一倾斜光纤光栅偏振相关传输损耗谱的半带宽约200nm，在约1550nm的谐振中心波长处的偏振相关损耗>25dB；第二倾斜光纤光栅的光栅周期约32μm，在波长约1550nm处具有一组偏振相关谐振峰，该组的两个相互垂直的偏振相关谐振峰的最大耦合效率>10dB。

本发明的传感原理是利用极大倾角光纤光栅将光纤纤芯模式耦合到同向的高阶包层模式，利用高阶包层模式的倏逝场激发表面金属膜产生表面等离子共振波等来传感化学或生物信息，第一倾斜光纤光栅4即45°倾斜光纤光栅具有起偏器的作用，而且是全光纤化器件，光纤纤芯中传输的光达到45°倾斜光纤光栅时，它可将入射光11的S偏振分量12反射到光纤之外，只让P偏振分量13通过。由于45°倾斜光纤光栅的快轴X₁和慢轴Y₁分别与极大倾角光纤光栅的快轴X₂和慢轴Y₂完全平行，P偏振线偏光通过光纤传输到极大倾角光纤光栅之后，将会作为纤芯其中的一个正交耦合模被耦合到高阶包层模中，该高阶包层模的倏逝场穿过光纤包层和金属膜层，并作用于适体层8。当光纤包层模的波长、传播常数与光纤包层的有效折射率、金属膜介电常数及厚度、适体层8的折射率等参数满足相位匹配的共振条件，则该高阶包层模的倏逝场穿过金属膜层表面时，将产生表面等离子体共振波14，倏逝波的能量被共振耦合而转移为金属膜表面等离子体波的能量,从而导致倏逝波的能量被衰减。

在光纤包层光倏逝波的作用过程中，生物分子和化学成分的种类、数量或浓度的变化将影响金属膜外适体层8的折射率，改变金属膜表面等离子体共振的匹配条件，使表面等离子体共振波的衰减能量、相位、共振光波长和共振角度发生变化，从而影响极大倾角光纤光栅的光纤纤芯模耦合到包层模的耦合波长及耦合强度的变化，它们之间的变化关系是确定的。这些变化将直接表现在透射端传输谱的变化上。通过光谱分析仪可实时观测其透射端传输谱的谐振波长和谐振强度的变化，就可测量生物分子或化学成分的浓度、实现生物分子或化学成分的传感。

在具体运用时，可将上述极大倾角光纤光栅SPR生化传感器构成传感系统，该系统包括：带宽光源21、极大倾角光纤光栅SPR生化传感器22、光纤光谱仪23和计算机24；带宽光源21可使用中心波长1550nm、带宽>100nm的ASE光源；带宽光源21通过光纤连接到极大倾角光纤光栅SPR生化传感器22中的第一倾斜光纤光栅4，第一倾斜光纤光栅为45°倾斜光纤光栅，第一倾斜光纤光栅4通过光纤连接到第二倾斜光纤光栅5，第二倾斜光纤光栅5为极大倾角光纤光栅；第二倾斜光纤光栅5通过光纤连接到光纤光谱仪23，光纤光谱仪23通过数据接口与计算机24连接。

下面以测试凝血酶蛋白生物分子为例进行说明；

由于第一倾斜光纤光栅4有光纤涂覆层，不受外界折射率变化的影响；第二倾斜光纤光栅5表面的凝血酶寡核苷酸适体层对外界凝血酶蛋白分子的浓度敏感，凝血酶蛋白分子浓度的变化将引起金属表面等离子体共振波的共振条件变化，从而导致第二倾斜光纤光栅的光纤纤芯模耦合到包层模的耦合波长及耦合强度的变化，该变化的光谱信息通过光纤传输到高精度光纤光谱仪。于是，光纤中的光经过第一倾斜光纤光栅4变成P偏振线偏光后，再经过第二倾斜光纤光栅5耦合到高阶包层模形成倏逝波，倏逝波在金属层和凝血酶寡核苷酸适体层的交界面激发表面等离子体波，当传感器暴露于凝血酶蛋白溶液环境下时，凝血酶蛋白将和凝血酶寡核苷酸适体相结合反应，从而改变表面等离子体波的谐振条件，反映在透射端传输谱的共振波长和共振强度的变化上。光纤光谱仪获取的光谱信号数据通过数据接口送到计算机，计算机获取的信号光谱如图4。计算机24处理光谱数据并显示凝血酶蛋白溶液的浓度。测量时，本传感器放在被测凝血酶蛋白溶液中，传感系统中的计算机实时获取传输光谱的变化数据，并根据标定的敏感系数计算得到被测凝血酶蛋白溶液的浓度，从而实现凝血酶蛋白分子的传感。

Claims

1.极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，包括光纤纤芯(3)和包裹光纤纤芯(3)的光纤包层(2)，其特征在于：所述光纤纤芯(3)的前段设置第一倾斜光纤光栅(4)，该第一倾斜光纤光栅(4)作为极大倾角光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；该第一倾斜光纤光栅(4)的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为45°；所述光纤纤芯(3)的中段设置第二倾斜光纤光栅(5)，该第二倾斜光纤光栅(5)作为光纤纤芯(3)和光纤包层(2)的光共振耦合器；该第二倾斜光纤光栅(5)的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为79°～84°；所述第一倾斜光纤光栅(4)的快轴和慢轴分别与所述第二倾斜光纤光栅(5)的快轴和慢轴平行；包裹所述第二倾斜光纤光栅(5)的光纤包层的外表面吸附有硅烷层(6)，其余光纤包层的外表面涂覆有光纤保护涂覆层(1)；所述硅烷层(6)外设有金属膜或金纳米颗粒(7)，该金属膜或金纳米颗粒(7)作为表面等离子体共振的载体。

2.根据权利要求1所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，其特征在于：在金属膜或金纳米颗粒(7)的表面固定有适体层(8)，该适体层(8)对目标生物分子或待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。

3.根据权利要求2所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，其特征在于：在适体层(8)外设置有保护套(9)，该保护套(9)上设置有分子孔筛。

4.根据权利要求1或2所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器，其特征在于：第一倾斜光纤光栅的长度为20～30mm，第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，第一倾斜光纤光栅与第二倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；金属膜的厚度为20～150nm。

5.极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：取一根单模裸光纤，该单模裸光纤只具有光纤纤芯(3)以及包裹光纤纤芯(3)的光纤包层(2)；将该单模裸光纤经过载氢处理；

第二步：制作第一倾斜光纤光栅(4)：用双频Ar⁺激光器作为光源，使用扫描幅度掩膜法在单模裸光纤的光纤纤芯(3)前段上制作第一倾斜光纤光栅；设置幅度掩膜板的干涉条纹与光纤水平轴的夹角为33.7°，得到的第一倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为45°；该第一倾斜光纤光栅(4)作为光纤光栅SPR生化传感器的起偏器；

第三步：制作第二倾斜光纤光栅(5)：用双频Ar⁺激光器作为光源，使用扫描幅度掩膜法在该单模裸光纤的光纤纤芯(3)中段制作第二倾斜光纤光栅(5)；设置幅度掩膜板的干涉条纹与光纤水平轴向的夹角为78°～80°，得到的第二倾斜光纤光栅的倾斜光栅条纹与光纤纵向轴的夹角为79°～84°；该第二倾斜光纤光栅(5)作为光纤纤芯(3)和光纤包层(2)的光共振耦合器；

第四步：使用光纤涂覆机，在光纤包层(2)的前段和后段表面上涂覆上一层多聚物光纤保护涂覆层；

第五步：使用浓度为5％～8％的硝酸清洁光纤表面，利用硅烷偶联剂溶液对光纤包层(2)中段的外表面进行硅烷化处理，在其表面形成硅烷层(6)；

第六步：使用射频磁控溅射仪在硅烷层(6)的表面镀上一层金属膜，或采用化学孵化的方式在硅烷层(6)上固定一层金纳米颗粒。

6.根据权利要求5所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法，其特征在于：该方法还包括：第七步：在金属膜或金纳米颗粒(7)的表面固定适体层(8)，该适体层(8)对目标生物分子或待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。

7.根据权利要求6所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法，其特征在于：该方法还包括

第八步：在第二倾斜光纤光栅的适体层(8)外设置保护套(9)；该保护套(9)上设置有分子孔筛，以使目标生物分子或待测化学分子能够渗透分子孔筛。

8.根据权利要求5、6或7所述的极大倾角光纤光栅SPR生化传感器制作方法，其特征在于：

第一倾斜光纤光栅的长度为20～30mm，第二倾斜光纤光栅的长度为10～30mm，第一倾斜光纤光栅与第二倾斜光纤光栅之间的光纤长度为20～30mm；金属膜的厚度为20～150nm。