[发明专利]一种基于七芯光纤的三通道SPR传感器

说明书

本发明提供一种基于七芯光纤的三通道表面等离子体共振（SPR）传感器，包括超连续谱光源、注光光纤、七芯光纤耦合装置、七芯光纤、七芯光纤SPR传感探针、接收光纤、光谱仪、微量注射泵、微流芯片、废液池，光源光进入注光光纤，七芯光纤耦合装置将光注入七芯光纤一组对称芯的注光芯，通过耦合装置的精密旋转器可实现对七芯光纤中三组对称纤芯的切换，光在七芯光纤端部的SPR探针对称锥角结构处发生三次全反射，并发生表面等离子体共振，探针的反射光进入本组纤芯反射芯，再次通过耦合装置进入接收光纤，送入光谱仪从而采集反射衰减光谱，用微量注射泵向微流芯片中注入待测溶液，测量后的废液流入废液池。本发明涉及的基于七芯光纤的三通道SPR传感器可以实现多通道检测，可解决在同一传感区对混合物进行多种分析物同时检测的问题。通过七芯光纤三组不同研磨角度的锥角结构实现SPR分段检测技术，可构造超灵敏型光纤SPR分段传感器，在生物、化学和医疗领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于SPR传感器领域，特别涉及一种基于七芯光纤的三通道SPR传感器。

背景技术

表面等离子体共振（SPR）生物传感器已被越来越多地用于生物分子相互作用，化学和生物分析物反应检测。在这些领域中，SPR生物传感器可对分析物（例如抗原，DNA）及固定在SPR传感器金属膜上的特异性结合体（例如抗体，互补DNA）之间的相互作用进行实时灵敏的无标记测量。SPR生物传感器可以检测分析物结合导致的折射率变化。但无法有效区分特异性结合和非特异性结合导致的折射率变化，分析物结合引发的折射率变化和背景介质（样品）折射率的变化也不能区分。为了弥补背景折射率的干扰及对特异性结合进行有效测量，多通道的SPR传感器亟待开发。随着待测目标参量种类和特性的多样化，使得常规单通道SPR传感机构已逐渐无法满足实际检测的需要。对被测量监测的可靠性和实时性提出较高要求，如何进一步提高系统效率，降低检测成本以及克服环境因素干扰的影响都成为亟待解决的关键问题。因此研制具备高集成度、高通量、多通道同时测定能力的新型表面等离子体波传感器正成为人们日益关注的焦点。

棱镜式多通道SPR传感器已发展了一些多通道技术，但棱镜式SPR传感器的缺点是系统小型化受限，不易实现远程测量和不能减少感测系统的成本，光纤型多通道SPR传感器是SPR技术发展的自然趋势。WeiPeng等（Optics Letters，2218-2220，2005）设计了双通道的SPR光纤传感器，可以用同一个探头的两侧面来探测两个独立的SPR信号，但由于使用的是普通多模光纤，存在灵敏度低，波分复用共振谷不易区分等问题。Yinquan Yuan等（Sens.Actuarors B，269-273，2012）则采用在一根光纤的不同位置分别镀制金膜及银膜配置两个表面等离子体波传感器，这种离散型传感结构理论上可以实现两个参量和位点的同时检测。但由于共振范围调节较为困难，对于特定检测通道会出现缺损。

基于此，本发明提出了一种基于七芯光纤的三通道SPR传感器，实现了光纤SPR时分复用技术，可实现多通道测量及超灵敏分段测量SPR传感器。利用七芯光纤耦合装置实现七芯光纤与两根单模光纤的注光与收光，耦合装置的精密旋转器可实现对七芯光纤中三组对称纤芯的切换，通过七芯光纤端部的三组研磨角度不同的锥角结构构成光纤SPR探针对待测区域液体折射率进行检测，输出光纤将反射光束的光信号传输进入光谱仪并进行反射光谱的采集和数据解调。有效解决在同一传感区对混合物进行多种分析物同时检测的问题，七芯光纤直径仅有125μm且采用反射式结构，可以方便的将此传感器插入血管中进行活体在线监测。可通过多路参考测量有效弥补背景折射率的干扰及非特异性结合、物理吸收等造成的干扰。通过光纤研磨技术磨制不同角度的锥角结构，即可实现光源入射角的调整，从而有效调节传感器的动态范围及灵敏度，对于不同折射率范围的溶液，可以选择使用最合适灵敏度、工作动态范围的通道进行测量，从而构建超灵敏分段测量SPR传感器。

发明内容