CN206876574U - 一种基于法布里‑珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于法布里‑珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，所述***主要由宽带光源、三端口光环形器、输入传输光纤、光纤探针、待测样品池、输出传输光纤和光功率计构成；从宽带光源发出的光依次经输入传输光纤、三端口光环形器至光纤探针，其内部用飞秒激光器制造出小孔，构成法布里‑珀罗干涉，且其端面修饰生物素，之后浸入放置有链霉亲和素溶液的待测样品池，同时使反射光信号依次经三端口光环形器和输出传输光纤至光功率计。当不同浓度的链霉亲和素与生物素结合时，引起光纤探针端面的外界折射率改变，从而使反射光强度改变，因此通过检测反射强度就可以实现链霉亲和素的浓度测定。该光纤传感器具有结构简单、灵敏度高的优点。

Description

一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术，属于光纤生物传感领域。

背景技术

以光纤传导和收集光信号进行生物检测的传感器统称为光纤生物传感器，它集成了光纤传感器本身具有的灵敏度高，抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，小巧轻便等优点，也集成了生物传感器特异性强的优点。

基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***具有小巧便携、高折射率灵敏度、高条纹可见度、制作简单的优点。

已有专利CN204964373U是利用菲涅尔干涉效应进行链霉亲和素的测量，相对而言，基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***具有更高的折射率灵敏度，可以检测更低浓度的链霉亲和素。

生物素和链霉亲和素可以进行特异性结合，将事先修饰有生物素的光纤探针端面浸入到放置有不同浓度的链霉亲和素溶液的待测样品池中，链霉亲和素与端面处的生物素特异性结合，改变端面处的等效折射率，不同浓度的链霉亲和素溶液发生特异性结合的程度不同，等效折射率变化量不同，法布里-珀罗干涉的条纹可见度会相应改变，由于法布里-珀罗干涉仪的超高精细度，灵敏度极高，因此可以通过利用折射率灵敏度高的法布里-珀罗干涉光纤传感器来检测链霉亲和素溶液的折射率，进而检测链霉亲和素溶液的存在与否，并判断其浓度。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型提出了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，由宽带光源、三端口光环形器、输入传输光纤、光纤探针、待测样品池、输出传输光纤和光功率计构成。从宽带光源发出的光经输入传输光纤与所述三端口光环形器的第一端口相连，所述三端口光环形器的第二端口与所述光纤探针相连，使所述光纤探针末端完全浸入放置有不同浓度的链霉亲和素溶液的待测样品池中，所述三端口环形器的第三端口通过输出传输光纤与所述光功率计相连。

本实用新型所述的光纤探针是利用飞秒激光器在距普通单模光纤端面50μm处打一个直径为4μm的孔，形成法布里-珀罗干涉仪结构，并在端面上用硅烷偶联法修饰上与链霉亲和素特异性结合的生物素制成的。

本实用新型所述的输入传输光纤和输出传输光纤均为普通单模光纤，纤芯直径为8.3μm，包层直径是125μm。

本实用新型所述的三端口光环形器用作光的环形单向传输。

本实用新型所述的光功率计用作读出光强度信号，光功率计的强度分辨率为0.01dB。

本实用新型所述的光纤探针的光纤端面分别进行氧化处理、硅烷偶联剂修饰以及生物素附着处理，其上附着的生物素与待测的链霉亲和素具有特异性结合能力，因此可以用来实现测定链霉亲和素。

本实用新型所述的测试光纤反射谱干涉满足：

其中A＝(1-α₁)(1-γ₁)(1-R₁)，B＝(1-α₁)(1-γ₁)(1-R₁)(1-α₂)(1-γ₂)(1-R₂)；是空腔的相移与空腔的折射率有关即与外界浓度有关，n是空腔的折射率与外界浓度有关，空腔1的长度L₁＝4μm，空腔2的长度L₂＝50μm，α₁、α₂分别是反射面1，反射面2的强度衰减因数与外界浓度无关，γ₁、γ₂分别是空腔1、2的传输衰减因数与外界浓度无关，R₁、R₂、R₃分别是反射面1、反射面2、反射面3的功率反射系数与外界浓度无关。当不同浓度的链霉亲和素溶液与生物素接触作用时，会直接改变折射率n，从而使光谱图上的波形发生变化。从光谱图上看到的则是反射强度的变化，通过检测反射强度值就可以达到测定链霉亲和素浓度的目的。

本实用新型提出一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，该传感器的基础是生物素和链霉亲和素特异性结合能力强以及不同浓度链霉亲和素溶液在不同程度上改变传感器端面处的外界折射率后会使端面处的反射强度发生改变，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、小巧轻便、选择性好、实时检测、特异性好、结果有效准确的优点。

本实用新型所具有的特点优势为：1.所有仪器材料都很普遍，***结构简单；2.对链霉亲和素测定直接实时，且操作简单；3.所有操作都没涉及危险药品，安全可靠；4.灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、小巧轻便、选择性好、实时检测、特异性好、结果有效准确。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图2为本实用新型的光纤探针端面修饰原理图

图3为本实用新型的光纤探针的光纤端面法布里-珀罗干涉仪结构图

图4为本实用新型的三端口光环形器结构示意图

图5为本实用新型不同浓度链霉亲和素反射光谱图以及拟合直线

具体实施方式

本实用新型适用的温度条件：室温

如图1所示，它是一种测定链霉亲和素溶液浓度的光纤链霉亲和素检测***。

从宽带光源(1)发出的光经输入传输光纤(2)与三端口光环形器(3)的第一端口相连，所述三端口光环形器(3)的第二端口与光纤探针相连，所述光纤探针(4)浸入放置有链霉亲和素溶液的待测样品池(5)，在光纤探针端面反射后的光信号依次经三端口光环形器的第三端口和输出传输光纤(6)至光功率计(7)，通过检测反射光强度高低，拟合计算出反射光反射强度值与链霉亲和素浓度的关系，从而达到检测链霉亲和素浓度的目的。

如图2所示，为光纤探针实验原理图。第一步是对光纤端面(8)进行表面羟基化处理(9)，第二步是在光纤端面上修饰硅烷偶联剂(10)，第三步是在光纤端面进行生物素(11)附着处理，第四步是在光纤端面空隙处修饰上牛血清蛋白(12)，当不同浓度的链霉亲和素溶液与修饰上生物素的光纤探针充分接触时，链霉亲和素与生物素就会发生特异性结合。

如图3所示，为光纤探针的光纤端面法布里-珀罗干涉仪结构图。由飞秒激光器打出的孔(13)直径4μm，这里为了清楚起见，将小孔与光纤芯层的尺寸不成比例，小孔距离反射面3(14)距离50μm，空腔1(15)的长度为4μm，空腔2(16)的长度为50μm，空腔的折射率是n，反射面1(17)，反射面2(18)的强度衰减因数分别是α₁、α₂，空腔1、2的传输衰减因数分别是γ₁、γ₂，反射面1、反射面2、反射面3的功率反射系数分别是R₁、R₂、R₃。

如图4所示，为三端口光环形器结构示意图。三端口光环形器的第一端口(19)、第二端口(20)、第三端口(21)呈逆时针方向排放。

如图5所示，为不同浓度链霉亲和素溶液的反射光谱图。光功率计设定为检测波长为1530nm下的反射光信号强度。此处仅以五个浓度0mg/ml、0.1mg/ml、0.25mg/ml、0.5mg/ml、0.75mg/ml、1mg/ml为例，随着链霉亲和素浓度的增加，反射光强逐渐减小，六个点相互之间明显错开，因此通过检测反射光强值就可以实现对链霉亲和素浓度的测定。

本领域技术人员清楚地知道，根据本实用新型的方法，可以对其他生物传感领域如具体某些病毒检测、抗原抗体的特异性结合等等，宽带光源、三端口光环形器、光纤探针和光功率计可以进行新的搭配，装置结构可以进行优化设计，本实用新型的保护范围并不局限于以上实施例。

Claims (4)

1.一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，所述***由宽带光源(1)、输入传输光纤(2)、三端口光环形器(3)、光纤探针(4)、待测样品池(5)、输出传输光纤(6)和光功率计(7)组成，从宽带光源(1)发出的光经输入传输光纤(2)与三端口光环形器(3)的第一端口相连，所述三端口光环形器的第二端口与光纤探针相连，所述光纤探针(4)浸入放置有链霉亲和素溶液的待测样品池(5)，在光纤探针端面反射后的光信号依次经三端口光环形器的第三端口和输出传输光纤(6)至光功率计(7)，通过检测反射光强度高低，拟合计算出反射光反射强度值与链霉亲和素浓度的关系。

2.根据权利要求1中所述的一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，其特征是：光纤探针(4)是单模光纤，且用飞秒激光器在距其端面50μm处制造一个直径为4μm的孔，形成法布里-珀罗干涉仪结构，并在端面上用硅烷偶联法修饰上与链霉亲和素特异性结合的生物素制成的。

3.根据权利要求1中所述的一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，其特征是：输入传输光纤(2)和输出传输光纤(6)均为单模光纤，纤芯直径为8.3μm，包层直径是125μm。

4.根据权利要求1中所述的一种基于法布里-珀罗干涉的光纤链霉亲和素检测***，其特征是：所述光功率计(7)的工作波长范围为1490nm至1660nm，强度分辨率为0.01dB。