自补偿SPR光纤生化传感器制造技术

一种自补偿SPR光纤生化传感器，属于光纤生化传感技术领域。将微型石英毛细管作为传感元件，在其表面相邻部位分别镀制金膜及固定单层的金纳米粒子，并在其内部注入去离子水，形成LSPR体折射率补偿通道及FP温度补偿通道。卤钨灯提供宽带光源，利用多模光纤进行光的传输，输出信号通过光谱仪传入电脑，通过电脑软件对蛋白质样品的特异性结合过程进行实时的数据采集、记录和处理。本发明专利技术利用单一的传感元件即可同时获得测试信号和两种补偿信号，无需附加的补偿通道即可实现高精度检测。本发明专利技术无需抛光研磨，激光加工，化学腐蚀，生化膜系合成等手段，制作工艺简单，价格低廉，实现了高精度、高灵敏度，方便快捷的生化样品检测分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤生化传感
，在单一自补偿SPR光纤生化传感器上获取三种不同检测和补偿信号，涉及到表面等离子体共振(SPR)、局域表面等离子体共振(LSPR)及法布里波罗(FP)传感原理。整个系统结构简单，灵敏度高，能够对外界环境温度和体折射率进行自补偿，并可用于生化样品的实时快速检测，在物理、生物、化学和医学领域具有广泛前景。
技术介绍
表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)是一种物理光学现象，当一束光射入镀有一定厚度金属薄膜的光纤表面发生全反射，当满足一定条件时光线被耦合进入金属薄膜，引起电子发生共振，即产生SPR效应。由于SPR现象对金属表面的介质折射率十分敏感，可进行与折射率有关的相关传感。与传统传感器相比，光纤SPR传感器具有微型化、灵敏度高、抗电磁干扰、响应速度快等优点。由于SPR效应具有很高的灵敏度，对外界环境的变化十分敏感，因此对传感条件要求较高，多数光纤SPR传感器多应用于科研领域。因此需要设计出高灵敏度、具有自补偿功能的光纤SPR传感器，目前所报道的自补偿SPR传感器多为单一补偿通道，因此能够实现温度和折射率的同时补偿成为光纤传感领域的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高灵敏度、高精度的自补偿SPR光纤生化传感器。该传感器基于SPR、局域表面等离子体共振(LocalizedSurfacePlasmonResonance，LSPR)、法布里波罗(Febry-Perot，FP)传感原理，在结构简单的微型石英毛细管结构中同时获取三种检测信号。由于该专利技术实现了外界环境温度和体折射率的同时补偿，因此该传感器对工作环境要求极低，实现了高灵敏度、高精度、低成本的生化检测，在生化检测领域具有广泛应用前景。本专利技术的技术方案：自补偿SPR光纤生化传感器，包括金纳米粒子11、金膜12、微型石英毛细管13、去离子水填充液14，微型石英毛细管13和内注有去离子水填充液14，微型石英毛细管外壁由金膜12和单金纳米粒子11层构成两个连续或间断的通道，整体形成SPR/LSPR/FP三通道结构，即为自补偿SPR光纤生化传感器；在自补偿SPR光纤生化传感器两端固定传输光纤，置于流通池内，两端固定；流通池设有样品流入口和样品流出口。本专利技术的效果和益处是：本专利技术利用简单的自补偿SPR光纤生化传感器实现了三通道测量，可以同时补偿外界环境温度和体折射率对SPR检测信号产生的误差。无需附加的补偿通道即可实现高精度检测。此外该专利技术无需抛光研磨，激光加工，化学腐蚀，生化膜系合成等手段，制作工艺简单，价格低廉，实现了高精度、高灵敏度的生化样品检测分析。在生物医疗检测领域具有很好的前景。附图说明图1为实验系统示意图。图2为自补偿SPR光纤生化传感器的示意图。图3为位流通池示意图。图中：1宽带光源；2传输光纤；3自补偿SPR光纤生化传感器；4水浴锅；5光纤光谱仪；6电脑；7待测样品；8蠕动泵；9样品流通软管；10废液池；11金纳米粒子；12金膜；13微型石英毛细管；14去离子水填充液；15流通池；16样品流入口；17样品流出口。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。1.制备工艺1)对多模传输光纤和微型石英毛细管的端面利用研磨技术进行微结构处理，将端面研磨成平面；2)利用化学处理将金纳米粒子附着于微型石英毛细管外壁；3)利用磁控溅射技术在微型石英毛细管外壁沉积50nm的金膜；4)利用虹吸现象将去离子水导入石英毛细管内；5)将自补偿SPR光纤生化传感器的一端用多模传输光纤连接在光源上，另一端连接在光纤光谱仪上，并将光纤光谱仪和电脑连接。2.操作测试装置如图1所示。1)由宽带光源发出的光通过传输光纤，在金膜处发生SPR效应，附着单层金纳米粒子的表面发生LSPR效应，在填充去离子水的毛细管内发生FP干涉，发生SPR/LSPR/FP效应的光由光纤光谱仪接收并传输到电脑进行信号的采集和处理。2)将自补偿SPR光纤生化传感器封装在自制流通池中，利用蠕动泵进行样品的传输，可以减少样品的挥发且便于更换。3)当待测样品没有流入流通池中时，保持传感区表面干燥，依次点亮和熄灭光源，通过光谱仪采集背景光谱和暗光谱；4)利用蠕动泵将不同折射率的校准液缓慢通入流通池，利用光谱仪对相应的光谱图进行采集，得到归一化光谱图，SPR测试信号和LSPR折射率补偿信号对折射率有很好的响应，而FP温度补偿信号对折射率不灵敏；5)利用水浴锅对自补偿SPR光纤生化传感器进行梯度加热，利用光谱仪对相应的光谱图进行采集，得到归一化光谱图，SPR测试信号和FP温度补偿信号对温度有很好的响应，而LSPR折射率补偿信号对温度不灵敏；6)对自补偿SPR光纤生化传感器的传感区表面进行化学修饰，即可实现蛋白质的特异性结合识别功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自补偿SPR光纤生化传感器，其特征在于，该自补偿SPR光纤生化传感器包括金纳米粒子、金膜、微型石英毛细管和去离子水填充液，微型石英毛细管内注有去离子水填充液，微型石英毛细管外壁由金膜和单金纳米粒子层构成两个连续或间断的通道，整体形成SPR/LSPR/FP三通道结构，即为自补偿SPR光纤生化传感器；在自补偿SPR光纤生化传感器两端固定传输光纤，置于流通池内，两端固定；流通池设有样品流入口和样品流出口。

【技术特征摘要】
1.一种自补偿SPR光纤生化传感器，其特征在于，该自补偿SPR光纤生化传感器包括金纳米粒子、金膜、微型石英毛细管和去离子水填充液，微型石英毛细管内注有去离子水填充液，微型石英毛细管外壁由金膜和单金纳米粒子层...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟，陈诗蒙，刘云，刘子耕，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21