本发明专利技术公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，通过将多模光纤和单模光纤熔接，经过氢氟酸腐蚀形成的锥形单模光纤，银膜包覆在氢氟酸腐蚀的单模光纤上，还原氧化石墨及PDDA/PBA附着在银膜上作为传感层。所设计出的传感器同时具有SPR与MZI效应，在检测葡萄糖溶液浓度的同时可对温度进行监测以减少温度带来的干扰；并将SPR透射光谱拟合成高斯函数，并求出函数与设置基线围成图形的质心坐标作为参照点。相较于传统结构所涉及的传感器，本发明专利技术具有较高的精确度与线性度。本发明专利技术具有较高的精确度与线性度。本发明专利技术具有较高的精确度与线性度。
【技术实现步骤摘要】
基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器
[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器。
技术介绍
[0002]表面等离子体共振(SPR)光谱技术作为一种无标记检测技术，在在过去几十年里发展迅速，并已应用于多种传感领域，其原理是当光再传输过程中经过介质与金属的交接面，光产生的倏逝波与金属电子的振动频率相匹配时，自由电子发生共振，产生表面等离子体波(SPW)，沿金属和介电层之间的界面传播。某一波段的光会因为共振被吸收，会产生吸收峰。当外界待测环境折射率发生变化时，振动频率匹配条件改变，SPR产生的吸收峰的位置会随之移动，这也就是SPR传感器的基本原理。由于SPR传感器对生物和化学分物质有较好的亲和性，所以SPR传感器非常适合于检测各种生物和化学分析物的浓度与含量，SPR传感器在无标签生物传感器中发挥着至关重要的作用。
[0003]相比传统的棱镜SPR传感器，光纤传感具有灵敏度高、灵活性好、操作简单的特点，根据光纤SPR的传感结构不同，可分为包层腐蚀型光线传感器、终端反射式多模光纤SPR传感器，侧面抛磨结构多模光纤SPR传感器，光子晶体光纤结构，异质纤芯结构多模光纤SPR传感器等。然而，在光纤中存在多种模式传播，不同模式所表现的入射角也不同。因此，光纤SPR传感器的性能与基于棱镜的传感器略有不同：棱镜结构具有选择入射角，而光纤中的多中模式模则具有多个入射角。由于入射角是有范围的，每个角度都有其共振波长，光纤传感探头引入的透射谱共振谷被拓宽，这带来了一些不利影响，导致传感器的性能，包括灵敏度、优点系数和检测分辨率都有所下降。
[0004]目前葡萄溶液浓度传感器使用过程中随温度变化葡萄糖溶液折射率会发生改变，存在温度干扰的问题，而且，在检测过程中仅减小温度对传感器的干扰是不够的，需要不影响传感器性能的情况下同时检测出实时的温度值。在检测葡萄糖溶液浓度的过程中，传感器的结构简单，性能稳定，可以避免温度的干扰甚至是检测实时温度是十分必要的。然而基于SPR的多参数传感器由于有多个共振波谷检测范围较小且不同检测波谷之间会有串扰，极大地限制了在传感
的应用。
[0005]公开号为CN108982417A的一种基于多模干涉型的光纤葡萄糖浓度传感器及制备方法，包括SMS型光纤，所述SMS型光纤结构为单模光纤
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多模光纤
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单模光纤，所述多模光纤去除了包层，并且在去除包层的多模光纤的表面上通过固定交联剂固定有葡萄糖氧化酶。这种传感器突破了光纤传感器领域必须用到光纤光栅的桎梏，由于没有光纤光栅的影响，故传感器就不会受到应变和温度的影响，在使用的时候对环境的要求低，同时成本也降低了。然而该专利也不能同步检测温度，并且无法解决不同检测波谷之间会有串扰的技术问题。
技术实现思路
[0006]解决的技术问题：本专利技术公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，能够解决目前光纤SPR传感器检测精度不高，分辨率低且易受温度串扰影响的问题。
[0007]技术方案：
[0008]一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，所述葡萄糖光纤SPR传感器包括入光多模光纤、锥形单模光纤、出光多模光纤、光谱仪和计算机；
[0009]所述入光多模光纤、锥形单模光纤和出光多模光纤同轴设置，锥形单模光纤的一端与入光多模光纤熔接，另一端与出光多模光纤熔接；出光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部通过光谱仪与计算机连接；入光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部与光源连接；
[0010]所述锥形单模光纤的外壁镀有金属薄膜，在金属薄膜上附着还原氧化石墨烯薄膜，还原氧化石墨烯薄膜采用PDDA溶液改性后带有正电位，PBA硼酸利用静电吸附法的方式吸附在还原氧化石墨烯上；所述葡萄糖光纤SPR传感器利用锥形单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液的浓度，同时利用由熔接处的一部分光泄漏到包层处后又回到纤芯中引发的MZI效应以检测葡萄糖溶液的温度；
[0011]所述计算机将光谱仪测得的SPR透射谱进行高斯拟合，将其先拟合为高斯函数再对拟合得到的高斯函数进行求导，将导数的最大绝对值处的纵坐标设置为基线，计算基线与高斯函数围成图形的质心横坐标，采用质心横坐标作为SPR波谷参照点进行数据分析。
[0012]进一步地，所述入光多模光纤和出光多模光纤的纤芯直径相同，均为62.5μm；所述入光多模光纤和出光多模光纤的包层直径相同，均为125μm；所述锥形单模光纤的纤芯直径为8.2μm，所述锥形单模光纤的最大包层直径和最小包层直径分别为125μm和60μm，锥形单模光纤的中部区域最窄且其长度为3cm。
[0013]进一步地，所述锥形单模光纤的的外壁镀有银膜，银膜的厚度为50nm。
[0014]进一步地，所述还原氧化石墨烯薄膜的厚度取值范围为4nm
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8nm。
[0015]本专利技术还公开了一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖光纤SPR传感器为如前所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器；
[0016]所述制备方法包括以下步骤：
[0017]步骤1：熔接；
[0018]将单模光纤去除涂覆层得到单模光纤包层与纤芯，根据传感部分的长度进行切割，其一端和入光多模光纤的一端熔接，另一端和出光多模光纤的一端熔接；
[0019]步骤2：腐蚀；
[0020]将氢氟酸滴涂在单模光纤表面，两端保留有一段单模光纤未被氢氟酸覆盖，对单模光纤进行腐蚀，得到锥形单模光纤；
[0021]步骤3：镀膜；
[0022]在被氢氟酸腐蚀的锥形单模光纤的包层表面，采用磁供溅射的镀膜方式，将金属薄膜镀在锥形单模光纤表面；
[0023]步骤4：沉积传感膜；
[0024]在镀有外壁金属薄膜的锥形单模光纤表面，采用提拉的方法依次固定还原氧化石
墨烯薄膜和PDDA/PBA传感层，得到基于拟合质心法和温度补偿的葡萄糖溶液浓度光纤传感器。
[0025]进一步地，步骤2中，采用滴涂的方式使浓度为40％的氢氟酸浸没部分单模光纤，两端各留有1cm的单模光纤未被浸泡在氢氟酸中，针对不同单模光纤部位设定不同的腐蚀时间以形成锥形结构，其中，最细处腐蚀50min。
[0026]进一步地，步骤3中，镀膜的过程包括以下子步骤：
[0027]用固定夹将已镀过匹配层的锥形单模光纤放入真空腔中，固定并使锥形单模光纤位于靶材正上方；
[0028]关闭真空腔，抽真空至8
×
10
‑4Pa，以流量为5sccm
‑
6sccm的速度充入氩气，调节真空腔的闸板阀，使真空腔内的氩气压强稳定在0.5Pa
‑
0.6Pa；
[0029]打开衬底旋转，调节直流源电流为43mA，功率为12W，采用金属膜为溅射原料，在锥形单模光纤的其中一侧溅射150s后，将锥形单模光纤翻转，在锥形单模光纤的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述葡萄糖光纤SPR传感器包括入光多模光纤、锥形单模光纤、出光多模光纤、光谱仪和计算机；所述入光多模光纤、锥形单模光纤和出光多模光纤同轴设置，锥形单模光纤的一端与入光多模光纤熔接，另一端与出光多模光纤熔接；出光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部通过光谱仪与计算机连接；入光多模光纤不与锥形单模光纤连接的端部与光源连接；所述锥形单模光纤的外壁镀有金属薄膜，在金属薄膜上附着还原氧化石墨烯薄膜，还原氧化石墨烯薄膜采用PDDA溶液改性后带有正电位，PBA硼酸利用静电吸附法的方式吸附在还原氧化石墨烯上；所述葡萄糖光纤SPR传感器利用锥形单模光纤表面的SPR效应检测葡萄糖溶液的浓度，同时利用由熔接处的一部分光泄漏到包层处后又回到纤芯中引发的MZI效应以检测葡萄糖溶液的温度；所述计算机将光谱仪测得的SPR透射谱进行高斯拟合，将其先拟合为高斯函数再对拟合得到的高斯函数进行求导，将导数的最大绝对值处的纵坐标设置为基线，计算基线与高斯函数围成图形的质心横坐标，采用质心横坐标作为SPR波谷参照点进行数据分析。2.根据权利要求1所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述入光多模光纤和出光多模光纤的纤芯直径相同，均为62.5μm；所述入光多模光纤和出光多模光纤的包层直径相同，均为125μm；所述锥形单模光纤的纤芯直径为8.2μm，所述锥形单模光纤的最大包层直径和最小包层直径分别为125μm和60μm，锥形单模光纤的中部区域最窄且其长度为3cm。3.根据权利要求1所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述锥形单模光纤的的外壁镀有银膜，银膜的厚度为50nm。4.根据权利要求1所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器，其特征在于，所述还原氧化石墨烯薄膜的厚度取值范围为4nm
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8nm。5.一种基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖光纤SPR传感器为权利要求1
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4任一项中所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器；所述制备方法包括以下步骤：步骤1：熔接；将单模光纤去除涂覆层得到单模光纤包层与纤芯，根据传感部分的长度进行切割，其一端和入光多模光纤的一端熔接，另一端和出光多模光纤的一端熔接；步骤2：腐蚀；将氢氟酸滴涂在单模光纤表面，两端保留有一段单模光纤未被氢氟酸覆盖，对单模光纤进行腐蚀，得到锥形单模光纤；步骤3：镀膜；在被氢氟酸腐蚀的锥形单模光纤的包层表面，采用磁供溅射的镀膜方式，将金属薄膜镀在锥形单模光纤表面；步骤4：沉积传感膜；在镀有外壁金属薄膜的锥形单模光纤表面，采用提拉的方法依次固定还原氧化石墨烯薄膜和PDDA/PBA传感层，得到基于拟合质心法和温度补偿的葡萄糖溶液浓度光纤传感器。6.根据权利要求5所述的基于拟合质心法的温度补偿SPR葡萄糖传感器的制备方法，其
特征在于，步骤2中，采用滴涂的方式使浓度为40％的氢氟酸浸没部分单模光纤，两端各留有1cm的单模光纤未被浸泡在氢氟酸中，针对不同单模光纤部位设定不同的腐蚀时间以形成锥形结构，...
【专利技术属性】
技术研发人员：常建华，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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