CN109612967A - 基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器及其制备方法 - Google Patents
基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于马赫‑曾德干涉的微纳光纤生物传感器及其制备方法，所述生物传感器包括输入传输光纤、第一锥形光纤、微纳光纤、第二锥形光纤和输出传输光纤；所述输入传输光纤、所述第一锥形光纤、所述微纳光纤、所述第二锥形光纤和所述输出传输光纤依次连接，所述输入传输光纤和宽带光源连接，所述输出传输光纤和光谱分析仪连接；所述输入传输光纤和所述输出传输光纤均为单模光纤，所述第一锥形光纤、所述第二锥形光纤和所述微纳光纤均由单模光纤制备得到；所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤是通过用熔接机多次放电形成的锥形，所述微纳光纤是用拉锥机对所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的中间部分进行拉锥形成的。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器及其制备方法。
背景技术
微纳光纤生物传感器是近年来发展起来的一种新型无标记光学传感器，该传感器只需将抗原/抗体偶联在光学元件表面，当识别元件与待测物结合后即可产生光学信号的改变。与传统的ELISA（酶联免疫吸附）相比，光纤免疫学传感器具有信号响应速度快、操作简单，可实时检测等优点，因此成为当前国内外在传感领域的研究热点。
根据工作原理的不同，当前无标记光纤生物传感器主要可以分为三类：光纤倏逝波生物传感器、光纤表面等离子体共振生物传感器和光纤光栅生物传感器。其中光纤倏逝波生物传感器以灵敏度高、成本低、制作简单等优点受到广泛关注。微纳光纤是光纤直径为微米或纳米量级光纤的统称，它的显著特点是具有强大的倏逝场，是光纤倏逝波生物传感器的理想载体；另一方面，光纤干涉仪是通过单个光纤或两个不同光纤的不同光路传播的两个光束之间的干涉产生显著的相干峰或者相干谷光谱，具有更高的灵敏度，因此微纳光纤生物传感器是当前光纤生物传感器发展的新方向。
实现一种光纤传感的高灵敏度、免标记、高特异性的在体生物医学检测，并且发展更多功能化、集成化的光纤生物医学传感器件，己成为生物传感领域的研究热点及发展方向。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，所述生物传感器包括输入传输光纤、第一锥形光纤、微纳光纤、第二锥形光纤和输出传输光纤；所述输入传输光纤、所述第一锥形光纤、所述微纳光纤、所述第二锥形光纤和所述输出传输光纤依次连接，所述输入传输光纤和宽带光源连接，所述输出传输光纤和光谱分析仪连接。
其中，所述输入传输光纤和所述输出传输光纤均为单模光纤。
其中，所述第一锥形光纤、所述第二锥形光纤和所述微纳光纤均由单模光纤制备得到。
其中，所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤是通过用熔接机多次放电形成的锥形。
其中，所述微纳光纤是用拉锥机对所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的中间部分进行拉锥形成的。
其中，所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为5-40mm。
优选地，所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为10mm，15mm，20mm，25mm，30mm，35mm。
其中，所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的锥形区长度为100-600μm，腰椎径为50-85μm。
优选地，所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的锥形区长度为150μm，200μm，250μm，300μm，350μm，400μm，450μm，500μm，550μm；
优选地，所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的腰椎径为55μm，60μm，65μm，70μm，75μm，80μm。
其中，所述微纳光纤的腰椎径长度L2为3-15mm，腰椎径为1-10μm。
优选地，所述微纳光纤的腰椎径长度为4mm，5mm，6mm，7mm，8mm，9mm，10mm，11mm，12mm，13mm，14mm；
优选地，所述微纳光纤的腰椎径为2μm，3μm，4μm，5μm，6μm，7μm，8μm，9μm。
本发明第二方面提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤连接的第一锥形光纤和与输出传输光纤连接的第二锥形光纤，再对所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤与宽带光源连接，所述输出传输光纤与光谱分析仪连接，使所述宽带光源发出的光依次通过所述输入传输光纤、所述第一锥形光纤、所述微纳光纤、所述第二锥形光纤和所述输出传输光纤，到达光谱分析仪。
其中，所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为5-40mm；所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的锥形区长度为100-500μm，腰椎径为50-85μm；所述微纳光纤的腰椎径长度L2为3-15mm，腰椎径为1-10μm。
本发明的有益效果：
本发明提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过在传感器表面修饰待测生物特异性识别分子，之后将修饰过的传感器浸入待测样品池溶液中，待测样品与传感器表面特异性识别分子结合引起光纤传感器周围折射率发生变换；通过检测干涉光谱变化就可以实现待测样品浓度的测定，该光纤传感器具有结构简单、快速、灵敏度高的优点。
本发明提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，锥形光纤是通过用熔接机多次放电形成锥形结构，之后用拉锥机对两个锥形光纤的中部进行拉锥到几微米至十几微米直径形成双锥形微纳光纤生物传感器，这样能激发出更强的倏逝波，本发明提供的光纤生物传感器，其传感器表面修饰待测生物的特异性识别分子，之后将修饰过的传感器浸入待测样品池，通过检测光谱仪峰/谷的变化就可以实现食品样品中食源性致病菌浓度的测定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中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发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，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为本发明实施例1提供的传感器的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的传感器中光纤传感器探头结构示意图；
图3本发明实施实例1提供的传感器不同折射率下的实验结果图；
图4本发明实施实例1提供的传感器不同折射率下的实验拟合图；
附图中附图标记所对应的名称为：1-宽带光源，2-输入传输光纤，3-第一锥形光纤，4-微纳光纤，5-第二锥形光纤，6-输出传输光纤，7-光谱分析仪，8-待测样品池。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，如图1和图2所示，所述生物传感器包括输入传输光纤2、第一锥形光纤3、微纳光纤4、第二锥形光纤5和输出传输光纤6；所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6依次连接，所述输入传输光纤2和宽带光源1连接，所述输出传输光纤6和光谱分析仪7连接。所述输入传输光纤2和所述输出传输光纤6均为单模光纤，所述第一锥形光纤3、所述第二锥形光纤5和所述微纳光纤4均由单模光纤制备得到；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5是通过用熔接机多次放电形成的锥形，所述微纳光纤4是用拉锥机对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成的。所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为20mm；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的锥形区长度为300μm，腰椎径为60μm；所述微纳光纤4的腰椎径长度L2为3mm，腰椎径为1μm。
本实施例提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过以下方法制备得到：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤2连接的第一锥形光纤3和与输出传输光纤6连接的第二锥形光纤5，再对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤2与宽带光源1连接，所述输出传输光纤6与光谱分析仪7连接，使所述宽带光源1发出的光依次通过所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6，到达光谱分析仪7。
本实施例提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过在传感器表面修饰待测生物特异性识别分子，之后将修饰过的传感器浸入待测样品池8溶液中，待测样品与传感器表面特异性识别分子结合引起光纤传感器周围折射率发生变换，通过检测干涉光谱变化就可以实现待测样品浓度的测定。
为了验证本发明提供的传感器的实用效果，选取1570-1590nm附近的波谷，如图3所示，观察食源致病菌溶液的折射率响应特性，随着折射率的变化，透射谱图发生红移，在1.335-1.339范围内折射率灵敏度为2222.3480nm/RIU；
图4为不同折射率下的线性拟合图，拟合系数为0.98716。
由此可知，本发明提供的传感器可以实现对食源致病菌浓度的测定。
实施例2
本发明提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，所述生物传感器包括输入传输光纤2、第一锥形光纤3、微纳光纤4、第二锥形光纤5和输出传输光纤6；所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6依次连接，所述输入传输光纤2和宽带光源1连接，所述输出传输光纤6和光谱分析仪7连接。所述输入传输光纤2和所述输出传输光纤6均为单模光纤，所述第一锥形光纤3、所述第二锥形光纤5和所述微纳光纤4均由单模光纤制备得到；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5是通过用熔接机多次放电形成的锥形，所述微纳光纤4是用拉锥机对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成的。所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为30mm；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的锥形区长度为400μm，腰椎径为70μm；所述微纳光纤4的腰椎径长度L2为6mm，腰椎径为3μm。
本实施例提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过以下方法制备得到：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤2连接的第一锥形光纤3和与输出传输光纤6连接的第二锥形光纤5，再对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤2与宽带光源1连接，所述输出传输光纤6与光谱分析仪7连接，使所述宽带光源1发出的光依次通过所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6，到达光谱分析仪7。
实施例3
本发明提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，所述生物传感器包括输入传输光纤2、第一锥形光纤3、微纳光纤4、第二锥形光纤5和输出传输光纤6；所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6依次连接，所述输入传输光纤2和宽带光源1连接，所述输出传输光纤6和光谱分析仪7连接。所述输入传输光纤2和所述输出传输光纤6均为单模光纤，所述第一锥形光纤3、所述第二锥形光纤5和所述微纳光纤4均由单模光纤制备得到；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5是通过用熔接机多次放电形成的锥形，所述微纳光纤4是用拉锥机对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成的。所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为40mm；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的锥形区长度为500μm，腰椎径为80μm；所述微纳光纤4的腰椎径长度L2为15mm，腰椎径为8μm。
本实施例提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过以下方法制备得到：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤2连接的第一锥形光纤3和与输出传输光纤6连接的第二锥形光纤5，再对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤2与宽带光源1连接，所述输出传输光纤6与光谱分析仪7连接，使所述宽带光源1发出的光依次通过所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6，到达光谱分析仪7。
实施例4
本发明提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，所述生物传感器包括输入传输光纤2、第一锥形光纤3、微纳光纤4、第二锥形光纤5和输出传输光纤6；所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6依次连接，所述输入传输光纤2和宽带光源1连接，所述输出传输光纤6和光谱分析仪7连接。所述输入传输光纤2和所述输出传输光纤6均为单模光纤，所述第一锥形光纤3、所述第二锥形光纤5和所述微纳光纤4均由单模光纤制备得到；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5是通过用熔接机多次放电形成的锥形，所述微纳光纤4是用拉锥机对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成的。所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为15mm；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的锥形区长度为300μm，腰椎径为80μm；所述微纳光纤4的腰椎径长度L2为8mm，腰椎径为5μm。
本实施例提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过以下方法制备得到：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤2连接的第一锥形光纤3和与输出传输光纤6连接的第二锥形光纤5，再对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤2与宽带光源1连接，所述输出传输光纤6与光谱分析仪7连接，使所述宽带光源1发出的光依次通过所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6，到达光谱分析仪7。
实施例5
本发明提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，所述生物传感器包括输入传输光纤2、第一锥形光纤3、微纳光纤4、第二锥形光纤5和输出传输光纤6；所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6依次连接，所述输入传输光纤2和宽带光源1连接，所述输出传输光纤6和光谱分析仪7连接。所述输入传输光纤2和所述输出传输光纤6均为单模光纤，所述第一锥形光纤3、所述第二锥形光纤5和所述微纳光纤4均由单模光纤制备得到；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5是通过用熔接机多次放电形成的锥形，所述微纳光纤4是用拉锥机对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成的。所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为10mm；所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的锥形区长度为400μm，腰椎径为70μm；所述微纳光纤4的腰椎径长度L2为6mm，腰椎径为5μm。
本实施例提供的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，通过以下方法制备得到：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤2连接的第一锥形光纤3和与输出传输光纤6连接的第二锥形光纤5，再对所述第一锥形光纤3和所述第二锥形光纤5的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤2与宽带光源1连接，所述输出传输光纤6与光谱分析仪7连接，使所述宽带光源1发出的光依次通过所述输入传输光纤2、所述第一锥形光纤3、所述微纳光纤4、所述第二锥形光纤5和所述输出传输光纤6，到达光谱分析仪7。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述生物传感器包括输入传输光纤、第一锥形光纤、微纳光纤、第二锥形光纤和输出传输光纤；所述输入传输光纤、所述第一锥形光纤、所述微纳光纤、所述第二锥形光纤和所述输出传输光纤依次连接，所述输入传输光纤和宽带光源连接，所述输出传输光纤和光谱分析仪连接。
2.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述输入传输光纤和所述输出传输光纤均为单模光纤。
3.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述第一锥形光纤、所述第二锥形光纤和所述微纳光纤均由单模光纤制备得到。
4.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤是通过用熔接机多次放电形成的锥形。
5.根据权利要求4所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述微纳光纤是用拉锥机对所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的中间部分进行拉锥形成的。
6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为5-40mm。
7.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的锥形区长度为100-600μm，腰椎径为50-85μm。
8.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器，其特征在于：所述微纳光纤的腰椎径长度L2为3-15mm，腰椎径为1-10μm。
9.基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、取一段单模光纤通过熔接机多次放电形成锥形结构，制备得到与输入传输光纤连接的第一锥形光纤和与输出传输光纤连接的第二锥形光纤，再对所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的中间部分进行拉锥形成微纳光纤结构；
B、将所述输入传输光纤与宽带光源连接，所述输出传输光纤与光谱分析仪连接，使所述宽带光源发出的光依次通过所述输入传输光纤、所述第一锥形光纤、所述微纳光纤、所述第二锥形光纤和所述输出传输光纤，到达光谱分析仪。
10.根据权利要求9所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤生物传感器的制备方法，其特征在于：所述第一锥形光纤的锥形熔点到所述第二锥形光纤的锥形熔点之间的总长度L1为5-40mm；所述第一锥形光纤和所述第二锥形光纤的锥形区长度为100-500μm，腰椎径为50-85μm；所述微纳光纤的腰椎径长度L2为3-15mm，腰椎径为1-10μm。
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2019
- 2019-01-16 CN CN201910039729.2A patent/CN109612967A/zh active Pending
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