光纤测量设备制造技术

本公开提出了便于实时监测的用于物理、化学和生物感测应用的便携式光纤测量设备(100)。该设备(100)包括可移除地附接到测量设备(110)的光纤探针盒(120)。该设备(110)包括光源、检测器和相关联的电子测量和控制单元连同显示器。该设备(100)被配置为测量该光纤探针盒侧面(130)上的光强度的实时变化。以U形弯曲光纤探针盒(138)作为示例，该设备(100)被配置为测量该光纤芯表面(138)上存在的包括离子、化学和生物分子、聚合物、化合物、微生物的分析物的本体溶液折射率变化、有效折射率变化或特性光学性质。该设备的关键方面包括高灵敏度、实时和快速分析、手持式和便携式仪器，运营成本极低。成本极低。成本极低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤测量设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于28/08/2020提交的名称为“光纤测量设备(FIBER OPTIC MEASUREMENT DEVICE)”的临时专利申请号202041037222的完整说明书。


[0003]本专利技术整体涉及用于物理、化学或生物实体的传感器，并且具体地涉及使用光纤或其他波导来测量样本的特征光学性质或样本中感兴趣的分析物的浓度的便携式测量设备。

技术介绍

[0004]在包括医学科学、环境监测以及农业、化学和食品工业的各种领域中，对化学品和生物分子的物理化学性质和浓度的精确测量是非常重要的。光学性质被广泛用于这些目的。例如，折射率测量提供了对系统的物理化学性质的极好估计。类似地，光吸收率或颜色变化被高度用于估计化学和生物物质。具体地，生物分子分析的当前实践依赖于常规方法，包括酶联免疫吸附测定(ELISA)和色谱法。然而，这些方法由于高度复杂的设计和费力的实验规程以及对特定基础设施的需要而受到限制。而且，这些方法是耗时且高成本的。在30年的创新内，光纤感测系统已经发展为优异的另选方案，这是由于其独特的特征(诸如可负担性、紧凑性、遥感能力、简单仪器化和高精确度)。
[0005]已经发展出不同几何形状的光纤传感器；然而，与其他类似系统不同，U形弯曲探针的人体工程学设计有利于容易地耦接而不需要任何光纤连接器。更经常地，这些光纤传感器受到以下要求限制：使用复杂的光纤连接器以获得用于设备的可靠输出的精确光学耦接机构。一些系统包括使用陶瓷或金属套圈来克服光纤耦接问题。这些套圈是被制造成具有取决于所使用的光纤而变化的外径和芯直径的管状结构。尽管这些套圈向光学耦接提供了简单的插塞类型，但该布置受到套圈孔径失配、同心度变化、套圈的非圆度、横向未对准、端部分离问题和角度未对准以及其他可能问题的限制。
[0006]各种各样的光纤感测系统可被实现以用于物理、化学和生物感测应用。非常需要一种可靠的、可负担的系统，该系统具有带有可重复光学耦接机构的简单仪器，该可重复光学耦接机构有助于可容易拆卸的传感器探针以及实时监测。
[0007]印度专利申请号201641026626描述了一种具有U形弯曲光纤传感器探针阵列的光纤阵列传感器系统，该探针阵列适用于化学或生物物质的检测以及临床和药物应用中的多分析物分析。美国专利公开号20110207237Al描述了一种具有光纤、一个或多个纳米颗粒的生物传感器，该光纤具有至少一个被配置为增强渐逝波的穿透的弯曲部分，该一个或多个纳米颗粒与该光纤相关联并且被配置为增强局部表面等离子体共振。欧洲专利公开2274594A2描述了用于使用自校准光纤探针来执行光谱学分析的系统和方法。美国专利号5828798A描述了用于在存在或不存在特定物质(“分析物”)的情况下通过使用光导纤维进行廉价且精确的感测的方法和装置。T.Kundu等人(2010)描述了基于渐逝波吸收率来检测
分析物诸如细菌、病毒和一些临床上重要的蛋白的存在的的无标记光学生物传感器的开发。Rivero等人(2017)描述了用于监测生物、化学、医学或物理参数的多种光纤设备。
[0008]尽管现有技术提供了光纤阵列传感器，但系统操作复杂并且需要精细的规程来获得结果。因此需要一种用于使用U形弯曲光学传感器来监测分析物的紧凑测量设备。

技术实现思路

[0009]在各种实施方案中，公开了便携式光纤测量设备。该设备包括LED光源，该LED光源与光电检测器集成，其中该LED光源被配置为通过光纤探针发送光，并且该光电检测器被配置为在测量之后接收光。对于该设备的电源被配置为向该LED供应恒定电流。该设备还包括处理器，该处理器被配置为控制该电源并且测量在该光电检测器处接收的光功率的量，其中由该光电检测器测量的光的强度是与样本的相互作用的特性。在各种实施方案中，该设备包括外壳，该外壳被设置有用于插入第一光纤和第二光纤的防光接口，该第一光纤用于接收来自该LED光源的光以照射样本，该第二光纤用于在与该样本相互作用之后传送来自该样本的光。
[0010]在各种实施方案中，该设备包括具有U形弯曲光纤探针的探针盒，其中该光纤的在该探针盒处的端部被配置为装配到该防光接口中，其中该U形弯曲部分包括用于感测物理性质或被官能化以用于感测化学或生物物质的表面。
[0011]在一些实施方案中，该探针盒被配置为具有两个单独的光纤，该第一光纤被配置为照射样本并且该第二光纤被配置为接收来自该样本的光，并且其中该第一光纤和该第二光纤的在该探针盒处的该端部被配置为装配到该防光接口中。
附图说明
[0012]当结合附图考虑时，本专利技术具有将从本专利技术的以下详细描述和所附权利要求中更加显而易见的其他优点和特征，在附图中：
[0013]图1示出了根据本专利技术的实施方案的手持式光纤测量设备的前透视图，其中探针盒组件插入到定制的LED
‑
PD外壳中。
[0014]图2A示出了用于底物分析的具有光纤反射探针盒的便携式光纤测量设备。
[0015]图2B示出了用于液滴/比色皿分析
‑
吸收率测量的具有光纤波导盒的便携式光纤测量设备。
[0016]图2C示出了用于液滴/比色皿分析
‑
荧光测量的具有光纤波导盒的便携式光纤测量设备。
[0017]图2D示出了用于分析物测量的具有U形弯曲光纤探针的便携式光纤测量设备。
[0018]图2E示出了一次性光纤探针的U形传感器区域的放大视图。
[0019]图3示出了光源和检测器以及用于将传感器耦接到设备的布置的细节。
[0020]图4示出了用于光纤测量设备的光学系统的详细框图。
[0021]图5示出了具有U形弯曲探针的光纤传感器对具有不同RI值的蔗糖溶液的响应。
[0022]图6示出了在室温和60℃下的具有U形弯曲探针的光纤传感器对不同重量％/体积浓度的蔗糖溶液的响应。
[0023]图7A示出了当U形弯曲探针盒被浸入AuNP溶液中时的对于金纳米颗粒(AuNP)结合
至胺官能化U形弯曲探针的实时的设备响应。
[0024]图7B示出了对于光吸收率及其分辨率方面的折射率变化的设备响应。
[0025]图8A示出了由于与不同分析物浓度复合的AuNP标记的结合而使用光纤测量设备从传感器探针获得的时间吸收率。
[0026]图8B示出了由于与不同分析物浓度复合的AuNP标记的结合而使用光纤测量设备从传感器探针获得的剂量响应。
具体实施方式
[0027]虽然已经参考某些实施例公开了本专利技术，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以进行各种改变并且等效物可以取代。另外，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以进行许多修改以使具体情况或材料适应本专利技术的教导。
[0028]贯穿本说明书和权利要求书，除非上下文另有明确指示，否则以下术语采用与本文明确相关的含义。“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种便携式光纤测量设备(100)，包括：LED光源(153)，所述LED光源与光电检测器(154)集成，其中所述LED光源(153)被配置为通过光纤探针(130)发送光，并且所述光电检测器(154)被配置为在测量之后接收来自所述探针的光；电源，所述电源被配置为向所述LED供应恒定电流；和处理器(151)，所述处理器被配置为控制所述电源并且测量在所述光电检测器(164)处接收的光功率的量，其中由所述光电检测器(164)测量的光的强度是与样本相互作用的特性。2.根据权利要求1所述的设备100，包括外壳(129)，所述外壳被设置有用于插入第一光纤(130
‑
1)和第二光纤(130
‑
2)的防光接口，所述第一光纤用于接收来自所述LED光源(153)的光以照射样本(140)，所述第二光纤用于在与所述样本(...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：瑞克瓦健康保健有限公司，
类型：发明
国别省市：