感DNA靶标杂交的情况下的波长偏移。可重用性:11次，再现性:在+5 %至-2.5 %内。
[0034]图10B显示LPG DNA传感器在H5禽流感DNA探针与0.5nM H5禽流感DNA靶标杂交的情况下的再现性(％ )。可重用性:11次，再现性:在+5 %至-2.5 %内。
[0035]图11A显示LPG DNA传感器在H5禽流感DNA探针与ΙμΜ Η5禽流感DNA靶标杂交的情况下的波长偏移。可重用性:11次，再现性:在+5.6 %至-5.3 %内。
[0036]图11B显示LPG DNA传感器在H5禽流感DNA探针与ΙμΜ Η5禽流感DNA靶标杂交的情况下的再现性(% )。可重用性:11次，再现性:在+5.6%至-5.3%内。
[0037]图12A显示LPG DNA传感器在H7禽流感DNA探针与0.5nM H7禽流感DNA靶标杂交的情况下的波长偏移。可重用性:11次，再现性:在+4.1 %至-3.2 %内。
[0038]图12B显示LPG DNA传感器在H7禽流感DNA探针与0.5nM H7禽流感DNA靶标杂交的情况下的再现性(％ )。可重用性:11次，再现性:在+4.1 %至-3.2 %内。
[0039]图13A显示LPG DNA传感器在H7禽流感DNA探针与ΙμΜ Η7禽流感DNA靶标杂交的情况下的波长偏移。可重用性:11次，再现性:在+4.1 %至-1.1 %内。
[0040]图13B显示LPG DNA传感器在H7禽流感DNA探针与ΙμΜ Η7禽流感DNA靶标杂交的情况下的再现性(% )。可重用性:11次，再现性:在+4.1 %至-1.1 %内。
【具体实施方式】
[0041]如本文中以及权利要求书中所用的“包含”意指包括其随后的要素，但并不排除其它要素。
[0042]本发明涉及一种具有提高的灵敏度的微光纤中的无标记、可重复使用的长周期光栅装置，所述长周期光栅装置用于检测脱氧核糖核酸杂交。所述脱氧核糖核酸是病毒脱氧核糖核酸。
[0043]小直径微光纤在空气中引起高百分比的倏逝场，从而允许微光纤与它们的环境之间的强倏逝波耦合，并且因此允许直接应用倏逝波传感器和波导耦合器。迄今为止所报道的大部分的微光纤装置是经由波导耦合(例如将微光纤盘绕或使两个微光纤紧密接触)来组装的，所述波导耦合高度利用微光纤的高百分比的的外部倏逝场。
[0044]在本发明中，将长周期光栅制造在微光纤上以形成长周期微光纤光栅(LPMFG)。微光纤的强倏逝波的特征提高了对环境折射率变化的灵敏度，这引起陷波的高度偏移，并且因此，所述长周期微光纤光栅比常规的长周期光纤光栅对周围环境的灵敏度更高。
[0045]实施例1
[0046]这个实施例说明长周期微光纤光栅(LPMFG)的制造方法。
[0047]微光纤的制造
[0048]使用如图1中所示的可商购的耦合器制造台来使单模光纤(SMF)成为锥形。使用可商购的SMF (外径D为125μπι)并且将其拉至数微米的规模。将SMF由氢焰加热并且软化，所述氢焰沿着所述光纤的尺寸是约8mm。将火焰喷灯沿着光纤扫描，同时使夹持所述光纤的两个平移台对称地移动分开。以下的制造参数可以制造出直径为数百纳米到数微米和有效束腰长度长于约30mm的微光纤:扫描长度:5至10mm，扫描速度:3mm/s以及拉速:0.17mm/s。由于微光纤(锥形的束腰)是以绝热方式从SMF以锥形拉制而成，因此它自动地与它的SMF尾纤连接。这确保了以接近100%的效率激发所述微光纤的HE11基模，而所述微光纤的其它模式基本上没有被激发。
[0049]微光纤中的长周期光栅(LPG)的制造
[0050]使微光纤的两个SMF尾纤分别与发光二极管(LED)和光谱分析仪(0SA)连接，如图2中所示。由聚焦脉冲式co2激光，以小的纵向拉伸应变沿着微光纤周期性地产生微锥形来制造LPMFG。通过减小光纤的直径来提高LPG的外部折射率的灵敏度。
[0051]所述长周期光栅的直径为约45μπι，栅距为约385μπι，周期为约20以及当被浸泡在折射率为约1.33的液体中时陷波为约1544.5nm<X02激光被调节成具有以下参数:脉冲宽度:约2.0ys，重复率:约10kHz，以及平均功率:约0.02W。这个功率水平显著低于在正常尺寸光纤中进行的LPG制造。C02束聚焦于直径约30μπι的点并且具有约50μπι的焦深，并且焦点的尺寸显著大于微光纤的直径。可以将聚焦束经由计算机控制的二维光扫描器横向地和纵向地扫描，如由预编程的路由所指示。在制造期间，首先将激光束在微光纤上横向地扫描，然后通过步进光栅栅距(例如Λ约ΙΟΟμπι)纵向地移动以具有第二次扫描。将这个程序重复6至25次以制造具有5至24个周期的LPG。进行6至25次连续横向扫描的过程是一个扫描周期。通过扫描周期的数目来控制变细对透射率的影响程度。
[0052]在扫描期间，高频C02激光脉冲反复地冲击到微光纤上并且诱导局部高温以使光纤的二氧化硅软化。通过如图2中所示施加小重量，产生小的恒定纵向拉伸应变并且将软化区域(即微光纤的C02激光冲击区域)略微地拉伸以形成微锥形。
[0053]在15个扫描周期之后在直径为约6.3μπι的微光纤上形成的周期性微锥形的显微镜图像示于图3(a)中。图3(b)和图3(c)分别显示微锥形区域的显微镜图像和SEM图像。图3B和图3C中所示的微锥形束腰的直径是微光纤的约6.5%，而微锥形的长度是约35μπι。
[0054]实施例2
[0055]这个实施例证实使用本发明的参数制造的微光纤比其它光纤更加灵敏。
[0056]研究LPMFG对外部折射率的波长响应，并且发现对于45μπι的直径来说波长响应是922nm/RI，这比使用常规的单模光纤所制造的长周期光栅(125μπι直径的LPG的波长响应是约200nm/RI)高得多。长周期微光纤光栅具有约45μπι的直径、约385μπι的栅距、约20个周期以及当被浸泡在具有约1.33的折射率的液体中时约1544.5nm的陷波。图4示出了具有45μπι直径的锥形光纤并且图5示出了缩径的光纤LPG对外部折射率的波长响应的结果。
[0057]实施例3
[0058]这个实施例证实LPMFG是高度灵敏的DNA传感器。
[0059]图6Α和6Β显示当ΙμΜ和0.5ηΜ的靶DNA与相应的探针DNA杂交时，Η5禽流感DNA传感器的波长偏移分别是3.6nm和2.0nm。在图7Α和7Β中，当ΙμΜ和0.5ηΜ的靶DNA与相应的探针DNA杂交时，Η7禽流感DNA传感器的波长偏移分别是3.7nm和2.2nm。因此，传感器对于ΙμΜ的Η5靶DNA、0.5nM的H5靶DNA、ΙμΜ的H7靶DNA、以及0.5nM的H7靶DNA的灵敏度分别是3.60 X 10 一3(nm/M)、4.00(nm/M)、3.70X10—3(nm/M)以及4.40(nm/M)。结果表明LPMFG DNA传感器是高度灵敏的(每摩尔浓度为1.82X10—3的波长偏移)。此外，它显示动态范围可以是0.5nM至ΙμΜ并且检测极限低至0.5nmo
[0060]实施例4
[0061 ]这个实施例说明将单链DNA探针固定在光栅表面上以检测病毒DNA。
[0062]LPMFG从纤芯模到包层模耦合光的能力允许在光栅表面光学检测折射率的变化。这因此提供了一种在不存在任何标记试剂的情况下监测生化和生物分子相互作用的光学检测方法。对于涉及生物分子相互作用的传感应用，如病毒检测，LPMFG传感器通过靶病毒ssDNA与固定探针ssDNA之间的生物分子结合来引起光栅表面上的折射率的变化而起作用。然后可根据靶病毒的存在对所得的共振波长偏移进行校准。两条互补的ssDNA(即探针ssDNA和靶病毒ssDNA)的结合过程被称作DNA杂交。探针ssDNA和靶病毒ssDNA的杂交过程的图解于图8中。杂交是在两条互补的核酸链之间建立非共价、序列特异性相互作用以形成单一复合体的过程，所述单一复合体在两条链的情况下被称为双链体(duplex)。单链DNA在正常状态下将与它们的互补序列结合，并且