CN109632709A - 基于双锥mzi干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法 - Google Patents

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刘小龙
张雯
何巍
祝连庆
姚齐峰
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Abstract

本发明公开了一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，包括：将双锥MZI干涉结构一端与ASE宽带光源连接，另一端与光谱仪连接，得到牛乳蛋白检浓度测系统；先将牛乳蛋白滴在其中一个锥型结构上，再逐步滴入蒸馏水进行稀释牛乳蛋白，通过光谱仪得到牛乳蛋白不同浓度下的干涉光谱图；选取对比度最大的波谷进行波长解调，得到牛乳蛋白在不同浓度下的干涉谱，对该干涉谱进行数据处理并拟合曲线，通过该拟合曲线的公式即能对未知浓度的牛乳蛋白进行浓度测量。本发明MZI干涉结构采用双锥级联的方式，灵敏度高，能实现微量蛋白质浓度的连续测量，可应用医疗检测蛋白质浓度，测量方法测量稳定可靠。

Description

基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法
技术领域
本发明涉及生物医学检测技术领域，尤其涉及一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，用于实时监测微量蛋白质及其它微量溶液浓度。
背景技术
蛋白质是组成人体一切细胞、组织的重要成分。机体所有重要的组成部分都需要有蛋白质的参与。一般说，蛋白质约占人体全部质量的18％，最重要的还是其与生命现象有关。蛋白质(protein)是生命的物质基础，是有机大分子，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。没有蛋白质就没有生命。临床上心脏标志物和抗凝血剂的检测，是蛋白质浓度检测在医学上两大重要的应用，蛋白质浓度检测的准确与否直接影响治疗效果。
光纤传感器具有体积小、抗电磁干扰、能处于恶劣的检测环境中等优势，已广泛的应用在军事、航天、石油、生物、医学等领域。
目前对于蛋白质浓度的测量，国内外都有一些人在做相关的研究，如2011年Tian等人提出一种快速，高灵敏度和低成本的锥形光纤生物传感器，可实现生物分子的无标记检测，并用免疫球蛋白G(Ig G)抗体-抗原体系对传感器进行评估。2013年重庆理工大学的刘盛平等人提出了一种应用于心肌肌钙蛋白I(cTn I)检测的局域表面等离子共振(LSPR)光纤传感器。该传感器的线性度可达0.9962，其检测限可达10ng/mL，有较强的抗杂蛋白干扰能力。但是以上的检测方法存在制作成本高、工艺复杂、重复差等问题，很难推广，不利于产品化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，包括以下步骤：
取两根单模光纤，将各单模光纤两端切平，备用；
将两根单模光纤一端对接，利用熔融机进行熔接，再分别对两根单模光纤拉锥出相同的锥形结构，得到双锥MZI干涉结构；
将双锥MZI干涉结构一端与ASE宽带光源连接，另一端与光谱仪连接，得到牛乳蛋白检浓度测系统；
先将牛乳蛋白滴在其中一个锥型结构上，再逐步滴入蒸馏水进行稀释牛乳蛋白，通过光谱仪得到牛乳蛋白不同浓度下的干涉光谱图；
选取对比度最大的波谷进行波长解调，得到牛乳蛋白在不同浓度下的干涉谱，对该干涉谱进行数据处理并拟合曲线，通过该拟合曲线的公式即能对未知浓度的牛乳蛋白进行浓度测量。
作为本方案的一种优选，所述单模光纤采用美国康宁SMF28单模光纤。
作为本方案的一种优选，所述熔接机为日本藤仓Fujikura公司80S光纤熔接机。
作为本方案的一种优选，所述光谱仪采用YOKOGAWA光谱分析仪，型号为AQ6375，测量的波长1200～2400nm，分辨率可以到0.05nm。
本发明的有益效果是：
1.本发明MZI干涉结构采用双锥级联的方式，灵敏度高，能实现微量蛋白质浓度的连续测量，可应用医疗检测蛋白质浓度，测量方法测量稳定可靠。
2.本发明MZI干涉结构结构简单，没有进行表面修饰，制作工艺简单，制作成本较低，具有很大的市场潜力。
附图说明
图1双锥MZI干涉结构的工作原理示意图；
图2为牛乳蛋白检浓度测系统的结构示意图；
图3为牛乳蛋白在不同浓度下的干涉光谱图；
图4为牛乳蛋白在不同浓度下的干涉谱；
图5为对干涉谱进行数据处理得到的拟合曲线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种双锥MZI干涉结构的制作方法，包括：取两根单模光纤，将各单模光纤两端切平，备用；单模光纤采用美国康宁SMF28单模光纤；将两根单模光纤一端对接，利用熔融机进行熔接，再分别对两根单模光纤拉锥出相同的锥形结构，得到双锥MZI干涉结构；熔接机为日本藤仓Fujikura公司80S光纤熔接机。
如图1所示，当光在上述双锥MZI干涉结构的光纤中传输时，光从非锥型区域传输到锥型区域会将一束光分为两束光，在纤芯中传输的为参考臂Ir，在包层中传输的为传感臂Is，当两束光从锥型区域传输到非锥型区域时，会在纤芯中相遇产生干涉。
根据双光束干涉原理得：
其中，为传感臂与参考臂上传输光间的相位差，具体可表示为：
其中n为光纤有效折射率，L为真空波长λ0光通过锥区的长度。
由式(2)可知，两束光干涉的光强I与外环境折射率和锥区长度有关，因此双锥MZI干涉结构传感器能实现对折射率测量。
利用上述方法的双锥MZI干涉结构结合ASE宽带光源、光谱仪搭建牛乳蛋白检浓度测系统，如图2所示，可以进行牛乳蛋白的浓度检测。其中，光谱仪采用YOKOGAWA光谱分析仪，型号为AQ6375，测量的波长1200～2400nm，分辨率可以到0.05nm。
上述系统的检测过程为：先将牛乳蛋白滴在其中一个锥型结构上，再逐步滴入蒸馏水进行稀释牛乳蛋白，通过光谱仪得到牛乳蛋白不同浓度下的干涉光谱图，如图3所示；选取对比度最大的谷1进行波长解调，得到牛乳蛋白在不同浓度下的干涉谱，如图4所示，对该干涉谱进行数据处理并拟合曲线，如图5所示，通过该拟合曲线的公式即能对未知浓度的牛乳蛋白进行浓度测量。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (4)

1.一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
取两根单模光纤，将各单模光纤两端切平，备用；
将两根单模光纤一端对接，利用熔融机进行熔接，再分别对两根单模光纤拉锥出相同的锥形结构，得到双锥MZI干涉结构；
将双锥MZI干涉结构一端与ASE宽带光源连接，另一端与光谱仪连接，得到牛乳蛋白检浓度测系统；
先将牛乳蛋白滴在其中一个锥型结构上，再逐步滴入蒸馏水进行稀释牛乳蛋白，通过光谱仪得到牛乳蛋白不同浓度下的干涉光谱图；
选取对比度最大的波谷进行波长解调，得到牛乳蛋白在不同浓度下的干涉谱，对该干涉谱进行数据处理并拟合曲线，通过该拟合曲线的公式即能对未知浓度的牛乳蛋白进行浓度测量。
2.如权利要求1所述的一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述单模光纤采用美国康宁SMF28单模光纤。
3.如权利要求1所述的一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述熔接机为日本藤仓Fujikura公司 80S光纤熔接机。
4.如权利要求1所述的一种基于双锥MZI干涉结构的牛乳蛋白浓度检测方法，其特征在于，所述光谱仪采用YOKOGAWA光谱分析仪，型号为AQ6375，测量的波长1200~2400nm，分辨率可以到0.05nm。
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