专利名称：基于新型微结构光纤的高效荧光检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光检测装置，基于新型空心微结构光纤，结合了光纤侧面探测系统。该装置适用于高灵敏度检测要求，并且可用于多种类的一维阵列荧光检测。
背景技术：
目前，微结构光纤(MOF)已被广泛用于荧光检测和生物传感，在光纤内部的一个长的相互作用的中空空间适合固定被检测物质，它具有简单，快捷，微型化的显著优势。在许多研究中，主要关注样品溶液的极限检测浓度。吊芯MOF具有高效率的倏逝波传感，Schartner等人用于检测CdSe量子点达到10pmol/L的水平。然而，吊芯MOF有小的光与物质交叠面积和相应小的突光信号。空心微结构光纤(HC-MOF)被认为是一种很有前途的工具，液体填充空芯光子晶体光纤用于生物荧光检测能把光束缚在中心孔中，比实心光子晶体光纤提高光和物质相互作用。但是，使用液体填充空心光纤会引起空心光纤的带隙漂移和光限制损耗增加。液芯光纤指光纤外包层的有效折射率低于液芯的折射率，光束在液体与管道逼的界面上发生全反射，几乎无损的在纤芯传导光。Smolka等人使用液芯微结构光纤以及微量样本，探测罗丹明染料的浓度达到lOOpmol/L，是目前使用微结构光纤进行荧光检测达到的最低浓度。Afshar V等人采用共线型装置探测对比使用激发光与检测系统前向检测法和后向检测法，进行基于微结构光纤的荧光检测。然而共线型探测装置只能探测单一信号，激发光的背景影响也比较大。因此发明一个能较好降低激发光的影响，提高荧光的检测灵敏度，并且能探测多个液体荧光信号的检测装置具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是采用液体选择性填充新型空芯光子晶体光纤的中心孔，增大光和物质相互作用强度，结合设置正交光路型探测装置检测光纤侧壁出射的荧光，降低基于光子晶体光纤的荧光探测的背景影响，实时在线探测微弱荧光信号，提高荧光检测的灵敏度。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是将待测罗丹明溶液选择性填充一种新型空心光纤的中心孔，得到空气芯和液体芯交替出现的多段填充的光纤，通过模拟分析光纤在532nm激发光下空芯和液芯的几种典型模式场以及有效折射率随波长变化的色散曲线，并且结合实际的激发光通过光纤的输出光场图，表明在这种多段填充的光纤中，激发光能够被束缚在中心孔中与待测液体充分作用。检测装置首先将激光器的出射光通过耦合系统耦合进入空心光纤，而光纤另一端先经过选择性封堵包层孔，然后通过毛细作用将一小段液体吸入中心孔，进而用注射器推进小段空气，接着重复吸入小段液体和注射器推进小段空气的过程实现多段填充。激发光从光纤一端进入为带隙引导模式传输，经过液柱段时由于纤芯折射率大于包层有效折射率，转换为折射率引导模式传输，经过空气柱段有转变为带隙引导模式，之后交替变化，多次激发液柱段。同时采用在光纤侧面设置探测装置，其中探测装置为装有高性能滤光片的荧光显微镜，焦平面探测点调整到光纤中心孔中空气与液体胶界面处，并且连接CCD和计算机来实时在线来获取滤波后的荧光信息。通过相对移动探测点位置，来分别的做多段液体的荧光检测，初步设计实现高效率的一维阵列荧光检测。本发明的优点是可以实时在线检测微量的超低浓度的液体荧光染料，并且可以分别检测多段或者多种液体的荧光强度，即空间分辨荧光检测，有效地降低了检测液体的极限浓度，提高了生物检测的灵敏度，结构系统能实现集成化，微型化。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是新型微结构光纤截面结构图；图2是本发明的检测装置结构示意及作用原理图；其中l-532nm激光器；2-光阑；3_激光光束；4_耦合系统；5-CCD ;6_长通滤波片；7_显微镜；8_三维平移台；9-出射荧光信号；10-新型空心微结构光纤；11-待测溶液；图3为实例I中光纤侧面采集一段液体荧光进行横向提取荧光信号的过程结果图；图4为实例I中采集荧光强度与液体最低检测极限的浓度关系
图5为实例2中光纤侧面采集两段液体荧光进行横向提取荧光信号的过程结果图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步描述。参见图1所示，新型微结构光纤具有大的光和物质交叠面积，中心孔六角形边长15 μ m,由二氧化硅薄壁围成的一圈包层孔，壁厚度为500nm左右，这些孔围成的圆直径为70 μ m，光纤外包层圆直径170 μ m。参见图2所示，一种基于新型微结构光纤以及光纤侧面设置检测系统的荧光检测
>J-U ρ α装直。1、光诱导部分装置为532nm激光器I的出射光2,光阑3用于调节通过的光束的强弱。通过耦合系统4耦合进入空心光纤10，而光纤另一端先经过选择性封堵包层孔，然后蘸取或者滴灌方法将罗丹明荧光染料液体11吸入中心孔一小段，进而用注射器推进小段空气，接着重复注入一段液体和一段空气的过程实现多段填充阵列。激发光从光纤一端进入交替经过液柱段和空气柱段,多次激发液柱段。2、在光纤侧面设置探测装置，其中探测装置为装有高性能532nm长通滤光片6的荧光显微镜7，焦平面探测点调整到光纤中心孔中空气与液体交界面处，上置的CCD 5连接计算机来实时在线来获取滤波后的出射荧光信号9。通过三维平移台8相对移动探测点位置，来分别的做多段液体的荧光检测。应用例I测量低浓度罗丹明酒精溶液荧光信号如图3所示中，上部和中部图分别是探测系统在光纤侧面采集的在纤芯孔中罗丹明酒精溶液界面处未加入滤光片的出射光以及暗室下加入滤光片后的出射荧光。下部图为罗丹明浓度5pmol/L时横向位置采集的荧光强度图，对应中部图可明显的观察到界面处荧光信号峰。如图4所示中，相同条件下分别测量罗丹明浓度为lpmol/L到10pmol/L之间荧光峰值与染料溶度关系。测试结果曝光时间为2s，该检测装置对若丹明溶液浓度极限值为lpmol/L，低浓度时出射荧光强度随染料浓度增大而升高。应用例2测量多段若丹明甘油溶液的荧光信号在图5所示中，上部和中部图分别是探测系统在光纤侧面采集的在纤芯孔中两段若丹明甘油溶液与空气段界面部分未加入滤光片的出射光以及暗室下加入滤光片后的出射荧光。下部图为对应的横向位置采集的荧光强度图，可明显的观察到交界面处荧光信号峰。测试结果曝光时间为2s，该检测装置能进行多段若丹明溶液的荧光检测。
权利要求
1.一种基于微结构光纤的光纤侧面设置探测系统的荧光检测装置，该装置由光源，光学系统和检测系统三部分组成，光学系统为处理后的液芯和空芯交替出现微结构光纤，其特征在于，所述光源发射激光从空芯微结构光纤一端耦合进入纤芯中填充的待测液体中，检测系统设置在光纤一侧检测光纤侧面出射荧光，通过移动检测装置的相对位置，检测纤芯中沿光纤方向填充的多段待测液体。
2.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的光纤侧面设置探测系统的荧光检测装置，其特征在于，所述的经加工处理的大模场孔径微结构光纤是将新型空心微结构光纤10的一端包层孔封堵，纤芯孔打开，形成一个半径15 μ m微通道，将待测液体I和空气依次从这端填充进入，沿光纤方向交替出现液柱段和空气段。
3.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的光纤侧面设置探测系统的荧光检测装置，其特征在于，激发光2被束缚在纤芯区域，检测系统在光纤的侧面设置，记录光纤侧壁的出射突光信号。
4.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的光纤侧面设置探测系统的荧光检测装置，其特征在于，通过三维平移台8移动探测点位置，检测系统能沿光纤方向依次探测多段待测液体11。
5.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的光纤侧面设置探测系统的荧光检测装置，其特征在于，微结构光纤侧壁被检测区域进行剥去涂覆层，酒精擦拭清洗等处理。
6.根据权利要求1所述的基于微结构光纤的光纤侧面设置探测系统的荧光检测装置，其特征在于，探测系统由显微镜7聚焦探测点，滤波片6滤去激发光，(XD5连接电脑组成9。
全文摘要
一种基于新型空心微结构光纤结合使用光纤侧面探测方法的荧光检测装置。该装置中使用的空芯光子晶体光纤经选择性填充处理，能在纤芯孔中分别交替填充荧光染料液柱段和空气柱段。激光耦合入光纤，经过液柱段和空气段被束缚在纤芯中，增大光和物质相互作用强度。探测装置设置在光纤侧面，减小背景激光影响，能够实时在线探测微弱荧光信号，有效地降低了检测液体的极限浓度，提高了生物检测的灵敏度。通过相对移动探测装置来分别探测光纤侧面每一段液柱界面出射的荧光，能实现空间分辨的分段荧光测量，系统实现集成化，微型化。
文档编号G01N21/64GK103063645SQ20131000121
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者周文远, 李志莉, 刘艳格, 田建国 申请人:南开大学