CN115096829A - 光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法，光纤生物传感器包括光纤、耦合件和导光波导，光纤包括纤芯和包裹在纤芯外的包层；耦合件连接在光纤的一端；导光波导与耦合件连接，导光波导形成第一传感区和第二传感区，光信号在第一传感区产生第一效应，光信号在第二传感区产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子的数据。通过在导光波导上形成第一传感区和第二传感区，能产生两种效应，通过采集两种效应的出射光信号，通过信号处理，便可得到包含背景液信息的目标生物分子的两种检测信号，再通过联立方程及解方程便可得到目标生物分子的数据，从而排除背景液的干扰。

Description

光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法

技术领域

本申请涉及生物检测技术领域，具体涉及一种光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法。

背景技术

生物传感器是将生物物质(比如酶、细胞、蛋白质、抗体、抗原、DNA等)作为识别物，把生物化学反应转换成为能够定量的物理或化学信号，从而实现对生命、化学物质检测及其监控的装置。生物传感器不仅涉及到了现代生物技术、微电子学，还涉及到了光学、化学等多个研究领域，并且在医学和食品检验等多个领域中都有极为广泛的应用，尤其是在医学研究及临床诊断中具有极大的优势，因此近年来成为了科学家们研究的热点。

光纤生物传感器结构主要有光源、光纤、生物敏感元件及信号检测系统等,其中的生物敏感元件是传感器的关键部件,常用的生物敏感元件主要有抗原抗体、酶及核酸等。被测物与特定的生物敏感元件选择性相作用(即抗原抗体或受体配体特异性结合；核酸分子碱基互补配对；酶对底物作用专一性等),产生的生物化学信息调制光纤中传输光的物理特性如光强、光振幅、相位等。因此这种传感器有较强的选择性和很高的灵敏度,而且在分析过程中可省去对测试物分离提纯等繁琐工作,但上述形成的复合物或产生物产生的光谱行为相似,单靠光纤本身无法区分,常需使用指示剂或标记物,如:酶、荧光物质、酸碱指示剂和斓系鳌合物等:同其它生物传感器相比,光纤生物传感器结合了光纤传感的特点,具体体现在:(l)由于光纤本身良好的绝缘屏蔽作用,其抗干扰能力强,不受周围电磁场的扰动。(2)不需要参考电极,探头可小型化,操作方便。(3)可实现遥测,并能进行实时、在线和动态检测。(4)响应速度快,灵敏度高。

目前主流的光纤生物传感器主要有三种，即(1)修逝波光纤生物传感器、(2)光纤干涉型生物传感器、(3)光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)生物传感器。

倏逝波光纤生物传感器检测机理:脉冲激光器产生的激发光进入单、多模光纤耦合器后再进入光纤探头，在探头表面产生倏逝波，以激发修饰在探头表面上的包被抗原结合的标记抗体上的荧光分子，产生荧光。部分荧光耦合回探头，通过连接器进入单、多模光纤耦合器，滤光片滤除反射的激发光，而使大部分荧光透过，激发光经过光电二极管将光信号转换成电信号，该电信号经锁相放大器放大，并由计算机对数据进行采集和处理。

光纤干涉型生物传感器检测机理：外部信号作用到干涉型光纤传感器的传感探测部位(通常是单模光纤)会引起干涉信号的相位变化，通过检测光信号相位变化引起的输出效果(例如：光强度)变化，就能够获得被探测对象的相关信息。常见的光纤干涉型生物传感器主要有Michelson干涉型光纤传感器、Mach-Zehnder干涉型光纤传感器、Sagnac干涉型光纤传感器、Fabry-Perot干涉型光纤传感器。

光纤SPR生物传感器检测机理：通过光束在纤芯与包层界面处发生全反射，由于界面折射率的变化导致相速度与群速度的差异，泄露的倏逝波拢动起沉积在光纤表面的金属内部自由电子振荡，这种自由电子的集体运动按特定频率以表面等离子体波的形式出现，周围环境介质改变将会影响光纤的有效折射率及传播损耗，通过观测光纤表面等离子体共振频率的变化可以得到传感信号。

倏逝波光纤生物传感检测选择性高，但是生物修饰及生物检测步骤繁琐；光纤干涉型生物传感器原理简单，制作简单，但是灵敏度不足，经过微纳加工的光纤脆弱，不利于检测使用；光纤表面等离子体共振生物传感器灵敏度高，但制作较为复杂。而且这三类光纤生物传感器均无法排除待测生物样品的液体检测背景干扰，例如，在血清中检测目标癌症因子，血清本底会给传感器带来本底干扰信号，应设法排除血清的本底干扰信号，只留下检测目标的检测信号。

发明内容

本申请的目的是提供一种光纤生物传感器和基于光纤生物传感器的检测方法，解决目前的光纤生物传感器无法排除待测生物样品的液体检测背景干扰的问题。

为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种光纤生物传感器，包括：光纤，包括纤芯和包裹在所述纤芯外的包层；耦合件，连接在所述光纤的一端；导光波导，与所述耦合件连接，所述导光波导形成第一传感区和第二传感区，光信号在所述第一传感区产生第一效应，光信号在所述第二传感区产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子的数据。

一种实施方式中，所述第一效应为表面等离子共振效应、对特征波长的光吸收效应和拉曼传感效应的任意一种；所述第二效应为多模模间干涉效应、马赫-泽德干涉效应、迈克尔逊干涉效应、法布里-珀罗干涉效应和塞格纳克干涉效应的任意一种。

一种实施方式中，所述导光波导呈直线延伸的柱状，其横截面为圆形或多边形，沿所述导光波导的长度方向分隔形成所述第一传感区和所述第二传感区。

一种实施方式中，所述第一传感区沉积有半导体层或含丰富自由电子的金属层。

一种实施方式中，所述第一传感区和所述第二传感区均形成有生物功能膜，所述生物功能膜用于与指定的目标生物分子反应。

一种实施方式中，还包括反射件，所述反射件设置在所述导光波导远离所述耦合件的一端。

第二方面，本申请还提供一种生物检测装置，包括光源、光探测器和第一方面各种实施方式中任一项所述的光纤生物传感器，所述光源用于向所述光纤入射光信号，所述光探测器用于接收所述光纤的出射光信号。

一种实施方式中，还包括低通滤波器和带通滤波器，所述低通滤波器用于将所述光纤生物传感器的出射光信号中的单一吸收峰的低频信号提取出来，得到第一数据，所述带通滤波器用于将所述光纤生物传感器的出射光信号中的固定频率的周期变化信号提取出来，得到第二数据。

第三方面，本申请还提供一种生物检测方法，所述生物检测方法基于第一方面各种实施方式中任一项所述的光纤生物传感器，所述生物检测方法包括：将导光波导浸入待测液体中；向光纤入射光信号，所述光信号经耦合件耦合入所述导光波导中传播；所述光信号在所述导光波导的第一传感区产生表面等离子共振效应，在所述导光波导的第二传感区产生多模模间干涉效应；接收从所述导光波导的出射光信号，并从所述光信号中获取所述表面等离子共振效应的传感信号的总变化量α_SPR，从所述光信号中获取所述多模模间干涉效应的传感信号的总变化量α_MMI；根据α_SPR和α_MMI得到目标生物分子的数据。

一种实施方式中，所述待测液体包含目标生物分子和背景液，所述表面等离子共振效应对所述目标生物分子的信号的响应灵敏度为S₁，所述表面等离子共振效应对所述背景液的干扰信号的响应灵敏度为S₂，所述多模模间干涉效应对所述目标生物分子的信号的响应灵敏度为S₃，所述多模模间干涉效应对所述背景液的干扰信号的响应灵敏度为S₄，其中，S₁、S₂、S₃和S₄通过实验测定；

设所述目标生物分子的目标量为m，背景液的干扰量为m’；

联立矩阵方程如下：

根据所述矩阵方程求出m和m’。

通过在导光波导上形成第一传感区和第二传感区，能产生两种效应，通过采集两种效应的出射光信号，通过信号处理，便可得到包含背景液信息的目标生物分子的两种检测信号，再通过联立方程及解方程便可得到目标生物分子的数据，从而排除背景液的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所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申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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是一种实施例的光纤生物传感器的示意图；

图2是一种实施例的生物检测装置的示意图；

图3是一种实施例的生物检测方法的部分流程图；

图4是一种实施例的生物检测方法的信号处理结果示意图。

附图标记说明：

10-光纤生物传感器，11-光纤，111-纤芯，112-包层，12-耦合件，13-导光波导，131-第一传感区，132-第二传感区，14-生物功能膜，15-反射件；

21-目标生物分子，22-背景液；

31-光源，32-输入光纤，33-分光件，34-输出光纤，35-光探测器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本申请所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，本申请实施例提供一种光纤生物传感器10，包括光纤11、耦合件12和导光波导13。

光纤11，包括纤芯111和包裹在纤芯111外的包层112。纤芯111用于传输光信号，光信号为光束。光束在纤芯111内传输时，在包层112处产生全反射。光束在光纤11中传播时几乎无衰减，且外界的光线不会进入到光纤11内传播，因此，光纤11具有良好的稳定性和抗干扰性。可选的，光纤11为单模光纤。

耦合件12，连接在光纤11的一端。耦合件12用于将光纤11中的光信号耦合到导光波导13中，并可调制光信号的参数。例如，耦合件12将光波模式由基模调制出多个高阶模式，多个高阶模式的光信号在导光波导13中传输时能够产生模间干涉。

导光波导13，与耦合件12连接，导光波导13形成第一传感区131和第二传感区132，光信号在第一传感区131产生第一效应，光信号在第二传感区132产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子21的数据。

常见的光纤生物传感器10只能产生一种效应，无法排除背景液22的干扰。

本申请中，通过在导光波导13上形成第一传感区131和第二传感区132，能产生两种效应，通过采集两种效应的出射光信号，通过信号处理，便可得到包含背景液22信息的目标生物分子21的两种检测信号，再通过联立方程及解方程便可得到目标生物分子21的数据，从而排除背景液22的干扰。

现有基于单一传感原理的光纤生物传感器，如修逝波光纤生物传感器、光纤干涉型生物传感器、光纤SPR生物传感器等，这些传感器在检测目标生物分子的同时也不可避免地会检测到生物样品的液体检测背景信号(干扰信号)，受限于单一传感原理，这些传感器无法区分目标信号和干扰信号，对检测的准确性带来了一定的困难。

本申请所提出的双传感效应的光纤生物传感器10，能够同时激发双传感效应，并分别独立用于检测生物样品，可以分离、解调出目标生物分子21信号和背景液的干扰信号，实现高准确度的目标生物分子21的检测。

可选的，第一效应为表面等离子共振(SPR)效应、二维材料或者其他特殊材料对特征波长的光吸收效应和拉曼(Raman)传感效应的任意一种。第二效应为多模模间干涉(multi-mode inferometer，MMI)效应、马赫-泽德(Mach-Zehnder)干涉效应、迈克尔逊(Michelson)干涉效应、法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉效应和塞格纳克(Sagnac)干涉效应的任意一种。上述各种传感效应的具体内容在此不再赘述，可参考现有技术中的相关内容，本申请不做限制。

优选的，第一效应为SPR效应，第二效应为MMI效应。

请继续参考图1，导光波导13呈直线延伸的柱状，其横截面为圆形或多边形，沿导光波导13的长度方向分隔形成第一传感区131和第二传感区132。

具体的，导光波导13(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。导光波导13为透明材质，具体可采用石英玻璃等材质制作。导光波导13的形状是柱状，横截面为圆形、三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等。优选的，导光波导13的横截面为圆形、正三角形、矩形(进一步优选为正方形)、平行四边形(进一步优选为菱形)、正五边形、正六边形、正八边形等。可选的，第一传感区131和第二传感区132被一平面分隔，该平面过导光波导13长度方向的中心线。即该平面将导光波导13分隔为长度相同的两半。其他可选的，第一传感区131和第二传感区132也可为非平面分隔，例如由横截面为曲线、折线的表面所分隔。无论如何分隔，均需要在导光波导13的长度方向上的一侧为第一传感区131，另一侧为第二传感区132，在光束通过导光波导13时，同步在第一传感区131和第二传感区132产生传感效应，光信号同步携带了第一效应和第二效应的信息。

一种实施例中，请参考图1，第一传感区131产生的第一效应为SPR传感效应，第一传感区131沉积有半导体层(图中未示出)或含丰富自由电子的金属层(图中未示出)，形成SPR传感层，用于激发SPR传感效应。

当第二传感区132产生的第二效应为MMI传感效应时，第二传感区132不做处理，即导光波导13直接形成第二传感区132。光束从光纤11中通过耦合件12耦合到导光波导13中，则光波模式由基模激发出了多个高阶模式，多个高阶模式在导光波导13传输的过程中又会产生模间干涉，激发MMI传感，因此，导光波导13的未沉积SPR传感层的那一半侧柱面(即第二传感区132)形成了MMI传感区。

可以理解的是，第一传感区131和第二传感区132根据产生传感效应的不同，可根据需要设置用于激发相应效应的结构，如第一传感区131设SPR传感层用于激发SPR效应，第二传感区132无SPR传感层用于激发MMI效应。除了此种设置外，当第一传感区131和第二传感区132产生其他效应时，设置激发相应效应的结构不做限制。

一种实施例中，请参考图1，第一传感区131和第二传感区132均形成有生物功能膜14，生物功能膜14用于与指定的目标生物分子21反应，能够用于特异性检测目标生物分子21。生物功能膜14是目标生物分子21的专属捕获膜，只能捕获目标生物分子21，对别的生物分子无反应。通过设生物功能膜14，光束在第一传感区131和第二传感区132能够根据各自的传感效应采集到包含目标生物分子21的光信号。

一种实施例中，请继续参考图1，光纤生物传感器10还包括反射件15，反射件15设置在导光波导13远离耦合件12的一端。反射件15为具有高反射率的材质，如金属单质、金属合金等，不做限制。在导光波导13的端面设反射件15，携带有第一效应和第二效应的光信号被反射件15反射，光信号沿原来的传输路径返回，再次经过第一传感区131和第二传感区132，并再次产生第一效应和第二效应，可增强光信号的目标生物分子21的信息，便于后续进行信号处理。

常规技术中，光信号经过导光波导13后，从导光波导13背向耦合件12的一端出射，无反射件15，即直接出射而无反射。相比于常规技术，要采集相同的目标生物分子21的信息，本申请的导光波导13的长度可缩短一半，从而可缩小光纤生物传感器10的尺寸，同时也可减少检测样品，节约生物样品。另外，由于导光波导13的一端仅设有反射件15，使得光纤生物传感器10可设计为插入式微型探针的形态，便于使用。

显然的，本申请其他实施例中，也可不设反射件15，而是采用常规技术的方案，即光信号从光纤11背向耦合件12的一端出射。

请参考图1和图2，本申请实施例还提供一种生物检测装置，包括光源31、光探测器35和前述任一实施例的光纤生物传感器10。光源31和光探测器35均与光纤生物传感器10的光纤11远离耦合件12的一端连接，光源31用于向光纤11入射光信号，光探测器35用于接收光纤11的出射光信号。

具体的，本实施例中，采用设置反射件15的方案。光源31通过输入光纤32与分光件33连接，光探测器35通过输出光纤34与分光件33连接，光纤生物传感器10的光纤11与分光件33连接。光源31为激光器，用于产生激光光束，激光光束通过输入光纤32传输到分光件33，分光件33分光耦合到光纤生物传感器10的光纤11中，成为入射光信号。从光纤生物传感器10的光纤11返回的光信号为出射光信号，该出射光信号传输到分光件33后，分光件33分光耦合到光探测器35中，实现对包含目标生物分子21信息的光信号的采集。

在不设反射件15的实施例中，光源31和光探测器35则分别设置在导光波导13的两端，即光源31与光纤生物传感器10的光纤11连接，以发出入射光信号；光探测器35可通过另一光纤与导光波导13远离耦合件12的一端连接，以接收出射光信号。

一种实施例中，请参考图1至图3，生物检测装置还包括低通滤波器(图中未示出)和带通滤波器(图中未示出)。低通滤波器用于将光纤生物传感器10的出射光信号中的单一吸收峰的低频信号提取出来，得到第一数据。带通滤波器用于将光纤生物传感器10的出射光信号中的固定频率的周期变化信号提取出来，得到第二数据。

具体的，在设置有反射件15的实施例中，请参考图2，低通滤波器和带通滤波器可设置在分光件33和光探测器35之间，也可设置在光探测器35内或之后。请参考图1和图2，在未设置反射件15的实施例中，导光波导13远离耦合件12的一端通过一光纤与光探测器35连接，则低通滤波器和带通滤波器可设置在导光波导13和光探测器35之间，也可设置在光探测器35内或之后。

请参考图3和图4，以光纤生物传感器10产生的第一效应为SPR传感效应，第二效应为MMI传感效应，且低通滤波器和带通滤波器设置在光探测器35之后为例说明信号提取的简单流程：出射光信号经光探测器35采集后，输入低通滤波器，低通滤波器提取出射光信号中的单一吸收峰的低频信号，输出SPR传感信号α_SPR，其他信号则继续输入到带通滤波器中，带通滤波器提取固定频率的周期变化信号，输出MMI传感信号α_MMI，剩余的无效信号则直接输出。图4示出了输出光信号的初始信号的波形图像和经过低通滤波器及带通滤波器后的提取信号的波形图像。

通过设置低通滤波器和带通滤波器，能够将第一效应和第二效应的信号提取出来，得到检测数据，便于后续获取目标生物分子21的数据。

本实施例采用光波长调制，其他实施例中，也可采用光强调制，光入射角度调制等，具体不做限制。

本申请实施例还提供一种生物检测方法，请参考图1和图2，该生物检测方法基于前述任一实施例的光纤生物传感器，该生物检测方法包括步骤S10-S50。

S10、将导光波导13浸入待测液体中；

S20、向光纤11入射光信号，光信号经耦合件12耦合入导光波导13中传播；

S30、光信号在导光波导13的第一传感区131产生表面等离子共振(SPR)效应，在导光波导13的第二传感区132产生多模模间干涉(MMI)效应；

S40、接收从导光波导13的出射光信号，并从光信号中获取SPR效应的传感信号的总变化量α_SPR，从光信号中获取MMI效应的传感信号的总变化量α_MMI；

S50、根据α_SPR和α_MMI得到目标生物分子21的数据。

S10中，待测液体中包含目标生物分子21和背景液22，导光波导13包含第一传感区131和第二传感区132。通过S20、S30的步骤，产生SPR效应和MMI效应，通过S40的步骤，采集到两种信号，即α_SPR和α_MMI，这两种信号均与目标生物分子21和背景液22有关，在S50的步骤中，可根据α_SPR和α_MMI得到目标生物分子21及背景液22的数据。具体的，对于目标生物分子21的待求解数据和背景液22的干扰数据的两个未知量，需要两组关联的数据，而α_SPR和α_MMI包含了两组关联的数据，通过联立方程可实现求解，如此可实现对目标生物分子21的检测，排除了背景液22的干扰。

一种具体的实施例中，SPR效应对目标生物分子21的信号的响应灵敏度为S₁，SPR效应对背景液22的干扰信号的响应灵敏度为S₂，MMI效应对目标生物分子21的信号的响应灵敏度为S₃，MMI效应对背景液22的干扰信号的响应灵敏度为S₄，其中，S₁、S₂、S₃和S₄通过实验测定。

设目标生物分子21的目标量为m，背景液22的干扰量为m’。

联立矩阵方程如下：

为了排除干扰量m’的干扰，获得准确的目标量m，又由于光纤生物传感器10的SPR和MMI双传感效应分别对m和m’的信号响应都不一样。我们把SPR传感效应对m的响应灵敏度设为S₁，SPR传感效应对m’的响应灵敏度设为S₂，MMI传感效应对m的响应灵敏度设为S₃，MMI传感效应对m’的响应灵敏度设为S₄，在微量生物分子变化的待测生物样品中，可以认为双传感效应对m和m’的响应均为线性的。所以可以通过联立矩阵方程解出准确的m和m’。

矩阵方程中，S₁、S₂、S₃和S₄通过实验测定，为已知量，α_SPR和α_MMI为通过光纤生物传感器10测得，也为已知量，故可根据矩阵方程求出m和m’，从而检测得到了所需的目标生物分子21的数据m，排除了背景液22的干扰数据m’。

下面介绍一种具体的实施例。

请参考图1，采用本申请提供的光纤生物传感器10检测背景液22中的目标生物分子21为C反应蛋白。导光波导13为圆柱形，长度为5mm，直径80μm，材质为石英玻璃，第一传感区131沉积50nm的金薄膜传感层作为SPR传感层，反射件15为500nm后的银膜，生物功能膜14为C反应蛋白抗体。

本实施例中，采用波长调制的方法来获取传感信号。如图4所示，光纤生物传感器10检测C反应蛋白的检测光谱信号经过低通滤波器后，低频成分SPR光谱信号被过滤出来；通过调节带通滤波器的带通波段，找到合适MMI光谱信号的带通波段，则带通滤波器也将具有一定频率的MMI光谱信号过滤出来。分别跟踪SPR和MMI光谱信号的归一化光强最低点，即SPR光谱信号的波谷，MMI光谱信号的最低的那个波谷。当样品浓度发生变化时，波谷的光波长位置也会随之发生移动。

在磷酸缓冲盐溶液(PBS)中检测C反应蛋白，背景干扰信号为PBS的信号，目标分子信号为C反应蛋白的信号，实验测得SPR传感效应对C反应蛋白的响应灵敏度S₁＝0.48nm/(μg/mL)，SPR传感效应对PBS的响应灵敏度S₂＝3.10nm/(1倍PBS)，MMI传感效应对C反应蛋白的响应灵敏度S₃＝0.15nm/(μg/mL)，MMI传感效应对PBS的响应灵敏度S₄＝0.12nm/(1倍PBS)。1nm/(μg/mL)表示的是C反应蛋白的浓度每变化1μg/mL，就会引起光波长移动1nm。1nm/(1倍PBS)表示的是PBS的浓度每变化1倍，就会引起光波长移动1nm。

则通过公式(这时，公式里α_SPR为实测SPR传感信号的总变化量，α_MMI为实测MMI传感信号的总变化量，m为C反应蛋白的浓度，m’为PBS的浓度)：

可写成

那么对于未知C反应蛋白浓度，且背景溶液为PBS的样品检测，只要测得α_SPR和α_MMI就能计算出目标物C反应蛋白的浓度。

本实施例对C反应蛋白进行检测，当对其他目标生物分子21进行检测时，只需换一种生物功能膜14即可，不做限定。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指标的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上所揭露的仅为本申请一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种光纤生物传感器，其特征在于，包括：

光纤，包括纤芯和包裹在所述纤芯外的包层；

耦合件，连接在所述光纤的一端；

导光波导，与所述耦合件连接，所述导光波导形成第一传感区和第二传感区，光信号在所述第一传感区产生第一效应，光信号在所述第二传感区产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子的数据。

2.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述第一效应为表面等离子共振效应、对特征波长的光吸收效应和拉曼传感效应的任意一种；所述第二效应为多模模间干涉效应、马赫-泽德干涉效应、迈克尔逊干涉效应、法布里-珀罗干涉效应和塞格纳克干涉效应的任意一种。

3.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述导光波导呈直线延伸的柱状，其横截面为圆形或多边形，沿所述导光波导的长度方向分隔形成所述第一传感区和所述第二传感区。

4.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述第一传感区沉积有半导体层或含丰富自由电子的金属层。

5.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述第一传感区和所述第二传感区均形成有生物功能膜，所述生物功能膜用于与指定的目标生物分子反应。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光纤生物传感器，其特征在于，还包括反射件，所述反射件设置在所述导光波导远离所述耦合件的一端。

7.一种生物检测装置，其特征在于，包括光源、光探测器和如权利要求1至6任一项所述的光纤生物传感器，所述光源用于向所述光纤入射光信号，所述光探测器用于接收所述光纤的出射光信号。

8.根据权利要求7所述的生物检测装置，其特征在于，还包括低通滤波器和带通滤波器，所述低通滤波器用于将所述光纤生物传感器的出射光信号中的单一吸收峰的低频信号提取出来，得到第一数据，所述带通滤波器用于将所述光纤生物传感器的出射光信号中的固定频率的周期变化信号提取出来，得到第二数据。

9.一种生物检测方法，其特征在于，所述生物检测方法基于如权利要求1至6任一项所述的光纤生物传感器，所述生物检测方法包括：

将导光波导浸入待测液体中；

向光纤入射光信号，所述光信号经耦合件耦合入所述导光波导中传播；

所述光信号在所述导光波导的第一传感区产生表面等离子共振效应，在所述导光波导的第二传感区产生多模模间干涉效应；

接收从所述导光波导的出射光信号，并从所述光信号中获取所述表面等离子共振效应的传感信号的总变化量α_SPR，从所述光信号中获取所述多模模间干涉效应的传感信号的总变化量α_MMI；

根据α_SPR和α_MMI得到目标生物分子的数据。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，

所述待测液体包含目标生物分子和背景液，所述表面等离子共振效应对所述目标生物分子的信号的响应灵敏度为S₁，所述表面等离子共振效应对所述背景液的干扰信号的响应灵敏度为S₂，所述多模模间干涉效应对所述目标生物分子的信号的响应灵敏度为S₃，所述多模模间干涉效应对所述背景液的干扰信号的响应灵敏度为S₄，其中，S₁、S₂、S₃和S₄通过实验测定；

设所述目标生物分子的目标量为m，背景液的干扰量为m’；

联立矩阵方程如下：

根据所述矩阵方程求出m和m’。

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