[发明专利]基于新型微结构光纤的高效荧光检测

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种荧光检测装置，基于新型空心微结构光纤，结合了光纤侧面探测系统。该装置适用于高灵敏度检测要求，并且可用于多种类的一维阵列荧光检测。

背景技术

目前，微结构光纤(MOF)已被广泛用于荧光检测和生物传感，在光纤内部的一个长的相互作用的中空空间适合固定被检测物质，它具有简单，快捷，微型化的显著优势。在许多研究中，主要关注样品溶液的极限检测浓度。吊芯MOF具有高效率的倏逝波传感，Schartner等人用于检测CdSe量子点达到10pmol/L的水平。然而，吊芯MOF有小的光与物质交叠面积和相应小的荧光信号。

空心微结构光纤(HC-MOF)被认为是一种很有前途的工具，液体填充空芯光子晶体光纤用于生物荧光检测能把光束缚在中心孔中，比实心光子晶体光纤提高光和物质相互作用。但是，使用液体填充空心光纤会引起空心光纤的带隙漂移和光限制损耗增加。液芯光纤指光纤外包层的有效折射率低于液芯的折射率，光束在液体与管道壁的界面上发生全反射，几乎无损的在纤芯传导光。Smolka等人使用液芯微结构光纤以及微量样本，探测罗丹明染料的浓度达到100pmol/L，是目前使用微结构光纤进行荧光检测达到的最低浓度。

Afshar V等人采用共线型装置探测对比使用激发光与检测系统前向检测法和后向检测法，进行基于微结构光纤的荧光检测。然而共线型探测装置只能探测单一信号，激发光的背景影响也比较大。因此发明一个能较好降低激发光的影响，提高荧光的检测灵敏度，并且能探测多个液体荧光信号的检测装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是：采用液体选择性填充新型空芯光子晶体光纤的中心孔，增大光和物质相互作用强度，结合设置正交光路型探测装置检测光纤侧壁出射的荧光，降低基于光子晶体光纤的荧光探测的背景影响，实时在线探测微弱荧光信号，提高荧光检测的灵敏度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：将待测罗丹明溶液选择性填充一种新型空心光纤的中心孔，得到空气芯和液体芯交替出现的多段填充的光纤，通过模拟分析光纤在532nm激发光下空芯和液芯的几种典型模式场以及有效折射率随波长变化的色散曲线，并且结合实际的激发光通过光纤的输出光场图，表明在这种多段填充的光纤中，激发光能够被束缚在中心孔中与待测液体充分作用。检测装置首先将激光器的出射光通过耦合系统耦合进入空心光纤，而光纤另一端先经过选择性封堵包层孔，然后通过毛细作用将一小段液体吸入中心孔，进而用注射器推进小段空气，接着重复吸入小段液体和注射器推进小段空气的过程实现多段填充。激发光从光纤一端进入为带隙引导模式传输，经过液柱段时由于纤芯折射率大于包层有效折射率，转换为折射率引导模式传输，经过空气柱段有转变为带隙引导模式，之后交替变化，多次激发液柱段。同时采用在光纤侧面设置探测装置，其中探测装置为装有高性能滤光片的荧光显微镜，焦平面探测点调整到光纤中心孔中空气与液体胶界面处，并且连接CCD和计算机来实时在线来获取滤波后的荧光信息。通过相对移动探测点位置，来分别的做多段液体的荧光检测，初步设计实现高效率的一维阵列荧光检测。

本发明的优点是：可以实时在线检测微量的超低浓度的液体荧光染料，并且可以分别检测多段或者多种液体的荧光强度，即空间分辨荧光检测，有效地降低了检测液体的极限浓度，提高了生物检测的灵敏度，结构系统能实现集成化，微型化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是新型微结构光纤截面结构图；

图2是本发明的检测装置结构示意及作用原理图；

其中：1-532nm激光器；2-激光光束；3-光阑；4-耦合系统；5-CCD；6-长通滤波片；7-显微镜；8-三维平移台；9-出射荧光信号；10-新型空心微结构光纤；11-待测溶液；

图3为实例1中光纤侧面采集一段液体荧光进行横向提取荧光信号的过程结果图；

图4为实例1中采集荧光强度与液体最低检测极限的浓度关系图；

图5为实例2中光纤侧面采集两段液体荧光进行横向提取荧光信号的过程结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

参见图1所示，新型微结构光纤具有大的光和物质交叠面积，中心孔六角形边长15μm，由二氧化硅薄壁围成的一圈包层孔，壁厚度为500nm左右，这些孔围成的圆直径为70μm，光纤外包层圆直径170μm。

参见图2所示，一种基于新型微结构光纤以及光纤侧面设置检测系统的荧光检测装置。