CN111077119A - 一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器 - Google Patents
一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器，包括空心光子晶体光纤、包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔、侧面微流通道、多模光纤；在空心光子晶体光纤左端，利用熔接机放电的选择性塌陷工艺，制备包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔，再使用飞秒激光系统在空心光子晶体光纤侧面打孔，得到侧面微流通道，最后利用熔接机将空心光子晶体光纤右端和多模光纤进行熔接，制成微流检测器；当空心光子晶体光纤微流通道中有荧光分子溶液流过并受到紫外光激发时，荧光信号通过多模光纤传输至接收器，分析荧光信号的强度和波长，实现对荧光分子溶液性质的实时检测。该装置信噪比高、灵敏度高、检测极限低。
Description
技术领域
本发明属于微流检测技术领域，特别涉及一种基于选择填充空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器。
背景技术
化合物受紫外光激发后，发射出比激发光波长更长的光，称为荧光；被化合物吸收的光称为激发光，产生的荧光称为发射光。荧光的波长总要长于分子吸收的紫外光波长，通常在可见光范围内。荧光的性质与分子结构有密切关系，不同结构的分子被激发后，并不是都能发射荧光。目前，各研究机构对荧光化合物的实验研究，主要利用荧光检测器完成。这种检测器的缺点是系统造价高、体积大，并且生物被分析物必须在选择的条件下发生荧光，对荧光测量中的一些干扰非常敏感。
光纤传感器具有体积小、速度快、实时处理能力强、灵敏度高等诸多优点，特别是光纤材料具有很好的生物亲和性，对活体损伤小，不会引起排斥反应，非常适于生物医学检测及临床医学诊断等应用。由于光纤可将接收到的荧光信号几乎无损失地传送至光谱分析仪中，并且其“封闭”式的光传输通路使荧光信号免受环境光影响，因此，基于光纤的荧光检测技术，具有信噪比高，灵敏度高的优势。随着微加工技术的发展，对空心光子晶体光纤中特定空气孔实现选择性填充进一步提高了器件制作的灵活性。空心光子晶体光纤灵活的结构及材料参数，可满足任意波段和溶液特性的荧光检测，其良好的设计柔性与制备可控性，在生物传感方面具有良好的应用前景。
发明内容
针对目前基于荧光化合物的检测主要利用荧光检测器所造成造价高、体积大、易受干扰等不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、成本低、所需样品少的荧光化合物检测器，其实际检测具有高灵敏度、高信噪比、使用灵活的特点。该全光纤结构传感器件所需溶液为纳升（nL）量级，可以制成高性能检测器。
本发明的技术方案：一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器包括空心光子晶体光纤、包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔、侧面微流通道、多模光纤；在空心光子晶体光纤左端，利用熔接机放电的选择性塌陷工艺，制备包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔，利用飞秒激光系统对空心光子晶体光纤侧面烧蚀，直至贯穿整个包层区域，得到侧面微流通道，最后利用熔接法将空心光子晶体光纤右端和多模光纤进行熔接，得到微流检测器；当空心光子晶体光纤微流通道中有荧光分子溶液流过并受到紫外光激发时，荧光信号通过多模光纤传输至接收器，分析荧光信号的强度和波长，实现对荧光分子溶液性质的实时检测。
本发明所述的空心光子晶体光纤的中心波长为1550nm，包层直径120μm，纤芯直径10μm。
本发明所述的包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔是由空心光子晶体晶体光纤一端利用熔接机放电的选择性塌陷工艺使包层空气孔封闭得到。
本发明所述的侧面微流通道由飞秒激光微加工而成，激光频率为50fs、波长为800nm。
本发明的所述的多模光纤的包层直径为125μm，纤芯直径为62.5μm。
本发明的有益效果：本发明提出将全光纤结构传感系统应用到荧光化合物微流检测技术中，将空心光子晶体包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔作为荧光化合物溶液微流通道，出射的荧光场与光纤传输模的模场重合，大大提高了荧光与光纤的耦合效率，提升检测灵敏度的同时将所需样品量减少至纳升(nL)量级，为荧光化合物微流检测技术提供了一种成本低、信噪比高、灵敏度高的新方法，在生物医学及药物筛选方面具有重要的研究意义。
附图说明
图1是本发明的微流检测器。
图2是本发明的一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器特征装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见附图1中俩种不同的光纤，包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔（2）的是采用光纤熔接机设定参数形成。侧面微流通道（3）的加工采用脉宽50fs、波长800nm的飞秒激光系统，通过高数值孔径的镜聚焦在空心光子晶体光纤（1）表面上，空心光子晶体光纤（1）通过光纤夹具固定在高精度三维电移平台上，通过电移平台的逐渐上升，使激光聚焦在空心光子晶体光纤（1）中深度逐渐加深，直至贯穿整个包层区域，构建出侧面微流孔，空心光子晶体光纤（1）与多模光纤（4）通过熔接机熔接在一起，制成微流检测器。
参见附图2中实验装置图，紫外LED的中心波长为320nm。空心光子晶体光纤（1）右端与多模光纤（4）左端连接在一起，多模光纤（4）右端与环形器（5）的输入口连接，环形器（5）的输出口与紫外LED光源（7）连接，环形器（5）的隔离端口与光谱分析仪（6）相连接；空心光子晶体光纤（1）的左端放置一杯所测溶液，通过毛细现象使荧光化合物溶液进入微流通道，紫外LED光源（7）通过环形器（5）耦合进入多模光纤，以端面泵浦的方式对微流通道中的荧光化合物进行激发，荧光分子发射出的荧光信号以后向采集的方式进入传输光纤并被光谱分析仪（6）探测接受。研究荧光激发效果、检测灵敏度、信号强度、信噪比等，实现荧光化合物溶液性质的实时检测。
Claims (5)
1.一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器，其特征在于该空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器包括空心光子晶体光纤（1）、包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔（2）、侧面微流通道（3）、多模光纤（4）；在空心光子晶体光纤（1）左端，利用熔接机放电的选择性塌陷工艺，制备包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔（2），利用飞秒激光系统对空心光子晶体光纤（1）侧面烧蚀，直至贯穿整个包层区域，得到侧面微流通道（3），最后利用熔接法将空心光子晶体光纤（1）的右端与多模光纤（4）进行熔接，得到微流检测器；当空心光子晶体光纤微流通道中有荧光分子溶液流过并受到紫外光激发时，荧光信号通过多模光纤（4）传输至接收器，分析荧光信号的强度和波长，实现对荧光分子溶液性质的实时检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器，其特征在于：空心光子晶体光纤（1）为中心波长1550nm，包层直径120μm，纤芯直径10μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器，其特征在于:所述包层空气孔封闭中心孔保留的微流孔（2）是由空心光子晶体光纤（4）一端利用熔接机放电的选择性塌陷工艺使包层空气孔封闭得到。
4.根据权利要求1所述的一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器，其特征在于：所述侧面微流通道（3）由飞秒激光微加工而成，激光频率为50fs，波长为800nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器，其特征在于：多模光纤（4）的包层直径为125μm，纤芯直径为62.5μm。
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