多通道无标记生物传感光纤系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括：耦合进光纤的光源、对光纤传输的光波进行耦合或/及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关、多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤、以及光探测部件，其中，所述光纤输入-输出的光开关具有多路输出和/或多路输入，并通过开关使该多路输出和/或多路输入中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件的反射光被光探测部件接收，实现多通道传感。本实用新型提供了一种对多个生物样品进行检测的多通道并行的无标记生物传感光纤系统，融合了光纤通信技术中的光纤回路、光开关等手段，可以只包含一个光探测部件，大大降低了系统复杂度和减小了系统体积，并具有良好的系统稳定性。
【专利说明】多通道无标记生物传感光纤系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物传感及仪器设计领域，特别是涉及一种多通道无标记生物传感光纤系统。
【背景技术】
[0002]对生物分子相互作用的定量测量在生命科学基础研宄、新药筛选和开发、及食品工业得到广泛应用。传统的检测和分析使用酶联免疫吸附技术，而近年来不需荧光标记的无标记光学生物传感技术得到迅速发展。无标记传感技术的优势在于保持样品的天然特征，及极大节省操作人员的时间和劳力；更重要的是，无标记传感技术对分子相互作用的动力学过程进行实时测量，在科学研宄和药物筛选方面有重要的价值。
[0003]在以自由空间光传输为主的无标记光学生物传感系统中，为实现对多个样品或反应过程的并行检测(多通道传感)，常需要使用多个光探测部件，加大了系统体积和成本。以光纤作为光传输媒介，将光纤通信中对光信号的处理技术引入到生物传感系统中可以使系统性能得到显著提升。但已有报道的无标记生物传感光纤系统缺乏对光纤通信技术的良好兼容，在实现多通道传感时或者使用难于操作的透射探测构架，或者仍然部分依赖自由空间光传输。
实用新型内容
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，以实现一种以光纤回路、反射式的光纤端无标记传感元件和光开关为核心组成部分，对生物化学样品进行多通道并行传感的系统。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括:耦合进光纤的光源、对光纤传输的光波进行耦合或/及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关、多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤、以及光探测部件，其中，所述反射式无标记光学传感元件结合于光纤的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件将来自光源并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关具有多路输出和丨或多路输入，并通过开关使该多路输出和丨或多路输入中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件的反射光被光探测部件接收，实现多通道传感。
[0006]测量时将反射式无标记光学传感元件浸没在待测样品中，反射式无标记光学传感元件将来自光源并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件接收并测量，测量结果反映待检测样品的信息。其中，操作所述光纤输入-输出的光开关可以使得在不同时刻来自不同反射式无标记光学传感元件的反射光被光探测部件接收，实现多通道传感。
[0007]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述光纤回路包括定向耦合装置，用于对光纤传输的光波进行耦合及定向传送。
[0008]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述定向耦合装置包括定向耦合器及光学环行器的一种或组合。
[0009]进一步地，所述定向耦合器为分光比为50%:50%的2X2定向耦合器。
[0010]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述定向耦合装置的第一端口连接于光源，所述定向耦合装置的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口与光纤输入-输出光开关的输入端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤连接于所述光纤输入-输出光开关的各路输出端口，所述定向耦合装置的与第二端口的输入在光路上直接连通的第三端口连接于光探测部件。
[0011]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述光纤回路还包括分束器，用于对光纤传输的光波进行分束传输。
[0012]进一步地，所述分束器的输入端口连接于光源，所述分束器的各路分束输出端口与所述定向耦合装置的第一端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤连接于各定向耦合装置的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口，所述光纤输入-输出光开关的多路输入端口分别与所述定向耦合装置的与第二端口的输入在光路上直接连通的第三端口连接，所述光纤输入-输出光开关的输出端口与所述光探测部件连接。
[0013]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述光纤回路还包括合束器，用于对多路光纤传输的光波进行合束传输。
[0014]进一步地，所述光纤输入-输出光开关的输入端口与光源连接，所述光纤输入-输出光开关的多路输出端口分别与所述定向耦合装置的第一端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤连接于各定向耦合装置的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口，所述合束器的多路输入端口连接于各定向耦合装置的与第二端口的输入在光路上直接连通的第三端口，所述合束器的输出端口连接于所述光探测部件。
[0015]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，包括两个以上的光源、或/及两个以上的光纤输入-输出的光开关、或/及两个以上的光探测部件、或/及两个以上的定向耦合装置，或/及两个以上的分束器、或/及两个以上的合束器。
[0016]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述光源包括卤素灯、光辐射二极管、超辐射发光二极管、超连续谱光源、放大自发辐射光源及激光器的一种或组合。
[0017]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述光探测部件包括光谱仪及光功率探测器的一种或组合。
[0018]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述反射式无标记光学传感元件制作于光纤端面或/及粘合于光纤端面。
[0019]进一步地，所述反射式无标记光学传感元件为制作于光纤端面或/及粘合于光纤端面的具有纳米槽阵列的金膜。
[0020]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的单模光纤、或保偏光纤、或单模光纤与保偏光纤的组合。
[0021]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的多模光纤、或单模光纤与多模光纤的组合、或保偏光纤与多模光纤的组合、或单模光纤、保偏光纤与多模光纤的组合。
[0022]进一步地，所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为1 ^0-10臟。
[0023]进一步地，所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为1 V111-200 VIII。
[0024]进一步地，所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为1 V111-100 VIII。
[0025]作为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统的一种优选方案，所述多通道无标记生物传感光纤系统的待检测样品为包括生物分子、或/及化学分子、或/及金属离子的能引起光学折射率或/及光程变化的物质。
[0026]进一步地，待检测样品为含有待测分子的溶液，当待测分子附着在反射式无标记光学传感元件上时，反射光的光谱或丨及强度发生变化并被测量到。
[0027]如上所述，本实用新型提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括:耦合进光纤的光源、对光纤传输的光波进行耦合或/及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关、多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤、以及光探测部件，其中，所述反射式无标记光学传感元件结合于光纤的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件将来自光源并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关具有多路输出和丨或多路输入，并通过开关使该多路输出和丨或多路输入中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件的反射光被光探测部件接收，实现多通道传感。本实用新型提供了一种对多个生物样品进行检测的多通道并行的无标记生物传感光纤系统，因为融合了光纤通信技术中的光纤回路、光开关等手段，此系统可以只包含一个光探测部件，大大降低了系统复杂度和减小了系统体积，并具有良好的系统稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1显示为本实用新型实施例1的多通道无标记生物传感光纤系统的结构示意图。
[0029]图2显示为本实用新型实施例2的多通道无标记生物传感光纤系统的结构示意图。
[0030]图3显示为本实用新型实施例3的多通道无标记生物传感光纤系统的结构示意图。
[0031]图4显示为本实用新型实施例4的多通道无标记生物传感光纤系统的结构示意图。
[0032]图5显示为本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统中的反射式无标记光学传感元件的结构示意图。
[0033]图6显示为本实用新型实施例1的多通道无标记生物传感光纤系统的光波长-反射率实验曲线示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]10 光源
[0036]11定向|禹合装置
[0037]12光纤输入-输出的光开关
[0038]13端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤
[0039]131反射式无标记光学传感元件
[0040]14光探测部件
[0041]15分束器
[0042]16合束器
[0043]17待测样品
【具体实施方式】
[0044]以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0045]请参阅图1?图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0046]实施例1
[0047]如图1及图5所示，本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括:耦合进光纤的光源10、对光纤传输的光波进行耦合及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关12、多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13、以及光探测部件14，其中，所述反射式无标记光学传感元件131结合于光纤13的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件131将来自光源10并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件14接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关12具有多路输出，并通过开关使该多路输出中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件131的反射光被光探测部件14接收，实现多通道传感。
[0048]测量时将反射式无标记光学传感元件131浸没在待测样品17中，反射式无标记光学传感元件131将来自光源10并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件14接收并测量，测量结果反映待检测样品17的信息。其中，操作所述光纤输入-输出的光开关12可以使得在不同时刻来自不同反射式无标记光学传感元件131的反射光被光探测部件14接收，实现多通道传感。
[0049]在本实施例中，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的单模光纤。采用单模光纤可以提高系统与光通信技术的兼容性。
[0050]如图1所示，所述光纤回路包括定向耦合装置11，用于对光纤传输的光波进行耦合及定向传送，在本实施例中，所述定向耦合装置11为分光比为50%:50%的2X2定向耦合器。所述2 X 2定向耦合器的第一端口连接于所述光源10，与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口与所述光纤输入-输出光开关12的输入端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13连接于所述光纤输入-输出光开关12的各路输出端口。所述2X2定向耦合器的与第二端口输入在光路上直接连通的第三端口连接于所述光探测部件14。
[0051]如图5所示，所述反射式无标记光学传感元件131粘合于光纤端面，所述反射式无标记光学传感元件为具有纳米槽阵列的金膜，所述的金膜厚度25=%纳米槽贯穿整个金膜的厚度，纳米槽周期为63511111，纳米槽宽度为5011111。当然，所述反射式无标记光学传感元件131既可以如本实施例这样在制作完成后通过粘接的方式粘合于光纤端面，也可以通过电子束光刻、聚焦离子束刻蚀等方法直接制作在光纤端面，另外，其它方式实现的反射式无标记光学传感元件也同样适用于本实用新型，并不限于此处所列举的示例。
[0052]如图1所示，具体地，宽谱光源(如卤素灯、光辐射二极管、超辐射发光二极管、超连续谱光源或放大自发辐射光源)耦合进单模光纤，然后光波进入一个单模光纤输入-输出的2X2定向|禹合器的第一端口，被分为两路。其中一路定向|禹合输出到定向|禹合器的第二端口，再经光纤传输进入单模光纤输入-输出的1 XX光开关(例如1X8的机械式光开关)的输入端口，即有1根光纤的那端，再通过开关操作让光波从~个输出端口中指定的一个输出。然后经光纤传输后光波进入一根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13，接着反射式无标记光学传感元件131将此入射的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤。反射式无标记光学传感元件131浸没在待测样品17中，随着样品中待检测物质的结合、解离、浓度变化等等行为，反射光的光谱和强度相应变化。反射光经光纤传输逆向进入1X8光开关的同一个指定输出端口并从其输入端口出来。然后光波输入2X2定向耦合器的第二端口，再被分为两路，其中一路定向I禹合输出到定向I禹合器的第三端口。最后光波经光纤传输被光探测部件14接收并测量。在本实施例中，所述光探测部件14为光谱仪(如光栅光谱仪)。光谱仪对反射光谱进行测量，以此推断待测样品17的情况。在此系统中，操作光开关使其在不同的时间指定不同的~个输出端口之一，可以使得来自不同的反射式无标记光学传感元件131的反射光在不同的时间被光探测部件14接收，以实现对~个样品的多通道并行传感。
[0053]当然，上述方案中，所述光源也可以采用单波长的激光器，相应的光探测部件14测量的是反射光的强弱，比如光探测部件14是光功率探测器，其包括一个光电二极管。
[0054]另外，需要说明的是，第一，待测样品17可以是液体、气体。第二，待检测物质可以是生物分子、化学分子、金属离子等等引起光学折射率、光程变化的物质。更具体的，待测样品是含有某种待测分子的溶液。当这种分子附着在反射式无标记光学传感元件上时，反射光的光谱或强度发生变化并被测量到。第三，待测样品的位置可以在微流体、多孔板或其它常见容器中。
[0055]实施例2
[0056]如图2所示，本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括:耦合进光纤的光源10、对光纤传输的光波进行耦合及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关12、多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13、以及光探测部件14，其中，所述反射式无标记光学传感元件131结合于光纤13的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件131将来自光源10并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件14接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关12具有多路输入，并通过开关使该多路输入中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件131的反射光被光探测部件14接收，实现多通道传感。
[0057]测量时将反射式无标记光学传感元件131浸没在待测样品17中，反射式无标记光学传感元件131将来自光源10并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件14接收并测量，测量结果反映待检测样品17的信息。其中，操作所述光纤输入-输出的光开关12可以使得在不同时刻来自不同反射式无标记光学传感元件131的反射光被光探测部件14接收，实现多通道传感。
[0058]在本实施例中，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的单模光纤。采用单模光纤可以提高系统与光通信技术的兼容性。
[0059]如图2所示，所述光纤回路包括定向耦合装置11，用于对光纤传输的光波进行耦合及定向传送，在本实施例中，所述定向耦合装置11为分光比为50%:50%的2X2定向耦合器。所述光纤回路还包括分束器15，用于对光纤传输的光波进行分束传输。所述分束器的输入端口连接于光源，各路分束输出端口与所述2X2定向耦合器的第一端口连接，所述2X2定向耦合器的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口与所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13连接。所述光纤输入-输出光开关12的多路输入端口分别与所述2 X 2定向耦合器的与第二端口输入在光路上直接连通的第三端口连接，所述光纤输入-输出光开关12的输出端口连接于光探测部件14。
[0060]如图2所不，具体地，来自光源的光波親合进光纤之后，先由一个分束器15分为X路。~路光波各自分别进入一个2X2定向耦合器的第一端口，被分为两路。其中一路定向耦合输出到定向耦合器的第二端口，然后经光纤传输光波进入一根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13，接着反射式无标记光学传感元件131将此入射的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤。然后光波输入2X2定向耦合器的第二端口，再被分为两路，其中一路定向I禹合输出到定向I禹合器的第三端口。光波再经光纤传输进入XX 1光开关的输入端口，即有~根光纤的那端，再通过开关操作让~个输入端口中指定的一个的光波从其输出端口出来。最后光波经光纤传输被光探测部件14接收并测量。在此系统中，操作光开关使其在不同的时间指定不同的~个输入端口之一，可以使得来自不同的反射式无标记光学传感元件131的反射光在不同的时间被光探测部件14接收，以实现对~个样品的多通道并行传感。
[0061]实施例3
[0062]如图3所示，本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括:耦合进光纤的光源10、对光纤传输的光波进行耦合及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关12、多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13、以及光探测部件14，其中，所述反射式无标记光学传感元件131结合于光纤13的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件131将来自光源10并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件14接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关12具有多路输出，并通过开关使该多路输出中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件131的反射光被光探测部件14接收，实现多通道传感。
[0063]测量时将反射式无标记光学传感元件131浸没在待测样品17中，反射式无标记光学传感元件131将来自光源10并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件14接收并测量，测量结果反映待检测样品17的信息。其中，操作所述光纤输入-输出的光开关12可以使得在不同时刻来自不同反射式无标记光学传感元件131的反射光被光探测部件14接收，实现多通道传感。
[0064]在本实施例中，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的单模光纤。采用单模光纤可以提高系统与光通信技术的兼容性。
[0065]如图3所示，所述光纤回路包括定向耦合装置11，用于对光纤传输的光波进行耦合及定向传送，在本实施例中，所述定向耦合装置11为分光比为50%:50%的2X2定向耦合器。所述光纤回路还包括合束器16，用于对多路光纤传输的光波进行合束传输。所述光纤输入-输出光开关12的输入端口与光源连接，其多路输出端口分别与所述2X2定向耦合器的第一端口连接，所述2X2定向耦合器的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口与所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13连接。所述合束器的多路输入端口分别与所述2X2定向耦合器的与第二端口输入在光路上直接连通的第三端口连接，所述合束器的输出端口连接于光探测部件14。
[0066]如图3所示，具体地，来自光源的光波耦合进光纤之后，进入光纤输入-输出的1 XX光开关的输入端口，并由光纤输入-输出的1 XX光开关指定输出到~个输出端口之一。接着光波进入一个2X2定向|禹合器的第一端口，被分为两路。其中一路定向|禹合输出到定向耦合器的第二端口，然后经光纤传输后光波进入一根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13，接着反射式无标记光学传感元件131将此入射的光纤导波反射回至其所在的同一根光纤。然后光波进入2X2定向耦合器的第二端口，再被分为两路，其中一路定向耦合输出到定向耦合器的第三端口。光波再经光纤传输进入合束器16的多路输入端口，即有多根光纤的那端，并从合束器16的输出端口输出。最后光波经光纤传输被光探测部件14接收并测量。在此系统中，操作光开关使其在不同的时间指定不同的~个输出端口之一，可以使得来自不同的反射式无标记光学传感元件131的反射光在不同的时间被光探测部件14接收，以实现对~个样品的多通道并行传感。
[0067]实施例4
[0068]本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，其基本结构如实施例1、实施例2或/及实施例3，其中，通过组合耦合进光纤的光源10、对光纤传输的光波进行耦合及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关12、多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13、以及光探测部件14，实现更复杂的光纤系统，例如，采用两个以上的耦合进光纤的光源10、或/及两个以上光探测部件14、或/及两个以上的分束器15、或/及两个以上的合束器16，可以得到更大规模的并行传感系统，又例如，采用多个光纤输入-输出的光开关12，或者通过定向耦合装置11或/及光纤输入-输出的光开关12的输入或/及输出端口数的改变，可以得到不同系统构架的并行传感系统。
[0069]具体地，如图4所示，本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，其包括两个I禹合进光纤的光源10、两个光纤输入-输出的光开关12、一个分束器15、多个定向|禹合器11、多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13以及两个光探测部件14，上述元件的连接关系可以依据实施例1及实施例2以及图4的描述清楚得出，此处不再一一列出。其中，所述的两个光纤输入-输出的光开关12分别为一个光纤输入-输出的1X1^光开关及一个光纤输入-输出的IX 2光开关，其中，光纤输入-输出的IX 2光开关的两个输出端分别连接有一个光探测部件。
[0070]实施例5
[0071]本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，其基本结构如实施例1、实施例2、实施例3或/及实施例4，其中，将实施例1、实施例2、实施例3或/及实施例4中的2X2定向|禹合器替换为3端口光学环行器。在光学环行器中，第一(二、三)端口输入的光从第二(三、一)端口输出。光学环行器的第一、二、三端口的连接关系分别对应实施例1、实施例2、实施例3及实施例4中2X2定向耦合器的第一、二、三端口的连接关系。
[0072]对应实施例1，所述3端口光学环行器的第一、二、三端口分别对应2X2定向耦合器的连接光源10的端口、连接单模光纤输入-输出的光开关12的端口和连接光探测部件14的端口。
[0073]对应实施例2，所述3端口光学环行器的第一、二、三端口分别对应2X2定向耦合器的连接分束器15的端口、连接多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13的端口和连接单模光纤输入-输出的光开关12的端口。
[0074]对应实施例3，所述3端口光学环行器的第一、二、三端口分别对应2X2定向耦合器的连接单模光纤输入-输出的光开关12的端口、连接多根端上具有反射式无标记光学传感元件131的光纤13的端口和连接合束器16的端口。
[0075]实施例6
[0076]本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，其基本结构如实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或/及实施例5，其中，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤替换为对应其所传输光波的保偏光纤、或单模光纤与保偏光纤的组合。
[0077]实施例7
[0078]本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，其基本结构如实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或/及实施例5，其中，所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤替换为对应其所传输光波的多模光纤、或单模光纤与多模光纤的组合、或保偏光纤与多模光纤的组合、或单模光纤、保偏光纤与多模光纤的组合。其中，所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为1在一个具体的实施过程中，所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为1^0-200 ^^在一个具体的实施过程中，所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为
1 以 111-100 以 1X1。
[0079]虽然采用多模光纤不利于融合基于单模光纤或保偏光纤的光通信技术，但仍然能够得到体积小、操作简单、多通道并行传感等有益的效果。
[0080]实施例8
[0081]本实施例提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，其基本结构如实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6或/及实施例7，其中，以上述的多通道无标记生物传感光纤系统为基础，加入其他技术和元部件，例如:1)加入参考通道，以修正光源、光传输和/或反射式无标记光学传感元件在温度、应力等等因素的影响下随着时间的变化。参考通道是探测作为参考的光信号，比如将光纤端上的反射式无标记光学传感元件置于空气或缓冲液等单一的媒介中，测量其反射信号作为参考，可以由光开关指定在某些时刻光入射于参考通道的传感元件并且其反射光被探测部件接收，也可以不由光开关指定而参考通道的反射式无标记光学传感元件的反射光直接被探测部件接收。参考通道里的光纤端面的传感元件可以是金纳米槽结构，也可以是一层没有结构的金膜。参考通道也可以不包括反射式无标记光学传感元件，比如将光源的光直接经光纤回路连接到光探测部件。2)对光纤导波的偏振施加控制或/及改变。3)对光纤导波使用波分复用或/及解复用技术。
[0082]实施例9
[0083]如图6所示，本实施例对实施例1的多通道无标记生物传感光纤系统进行了实验(光波长-反射率实验)。在本实施例中，单模光纤输入-输出的1X8光开关每隔501118切换到下一个输出端口，光谱仪以40！118的积分时间记录每个通道的反射谱。8个端面有反射式无标记光学传感元件131的单模光纤13分别置于盛有8种不同浓度的盐水的容器中，分别为3%的食盐水、7%的食盐水、10%的食盐水、12%的食盐水、16%的食盐水、19%的食盐水、21%的食盐水、24%的食盐水。最后我们并行的得到8个反射谱，反映了 8个样品的不同浓度与光学折射率。可以看出，本实用新型的多通道无标记生物传感光纤系统既可以并行测量多个样品，又具有较好的稳定性。其中，在该实验中，采用宽谱溴钨卤素灯作为光源，50%:50%分光比的2X2定向親合器，1X8的机械式光开关，微型光栅光谱仪作为光探测部件。光纤采用对应反射式无标记传感元件是金膜上的纳米槽阵列，金膜厚度2511111，纳米槽贯穿整个金膜，纳米槽周期63511111，纳米槽宽度50111110
[0084]如上所述，本实用新型提供一种多通道无标记生物传感光纤系统，包括:耦合进光纤的光源、对光纤传输的光波进行耦合或/及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关、多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤、以及光探测部件，其中，所述反射式无标记光学传感元件结合于光纤的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件将来自光源并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关具有多路输出和丨或多路输入，并通过开关使该多路输出和丨或多路输入中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件的反射光被光探测部件接收，实现多通道传感。本实用新型提供了一种对多个生物样品进行检测的多通道并行的无标记生物传感光纤系统，因为融合了光纤通信技术中的光纤回路、光开关等手段，此系统可以只包含一个光探测部件，大大降低了系统复杂度和减小了系统体积，并具有良好的系统稳定性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0085]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于，包括: 耦合进光纤的光源、对光纤传输的光波进行耦合或/及定向传送的光纤回路、光纤输入-输出的光开关、多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤、以及光探测部件，其中，所述反射式无标记光学传感元件结合于光纤的端上，而不是与光纤分立，所述反射式无标记光学传感元件将来自光源并经过光纤回路后照射在其上的光纤导波反射回其所在的同一根光纤，反射光经过光纤回路后被光探测部件接收并测量，所述光纤输入-输出的光开关具有多路输出和/或多路输入，并通过开关使该多路输出和/或多路输入中指定的光纤端的反射式无标记光学传感元件的反射光被光探测部件接收，实现多通道传感。
2.根据权利要求1所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述光纤回路包括定向耦合装置，用于对光纤传输的光波进行耦合及定向传送。
3.根据权利要求2所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述定向耦合装置包括定向耦合器及光学环行器的一种或组合。
4.根据权利要求3所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述定向耦合器为分光比为50%:50%的2X2定向耦合器。
5.根据权利要求2所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述定向耦合装置的第一端口连接于光源，所述定向耦合装置的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口与光纤输入-输出光开关的输入端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤连接于所述光纤输入-输出光开关的各路输出端口，所述定向耦合装置的与第二端口的输入在光路上直接连通的第三端口连接于光探测部件。
6.根据权利要求2所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述光纤回路还包括分束器，用于对光纤传输的光波进行分束传输。
7.根据权利要求6所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述分束器的输入端口连接于光源，所述分束器的各路分束输出端口与所述定向親合装置的第一端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤连接于各定向耦合装置的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口，所述光纤输入-输出光开关的多路输入端口分别与所述定向耦合装置的与第二端口的输入在光路上直接连通的第三端口连接，所述光纤输入-输出光开关的输出端口与所述光探测部件连接。
8.根据权利要求2所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述光纤回路还包括合束器，用于对多路光纤传输的光波进行合束传输。
9.根据权利要求8所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述光纤输入-输出光开关的输入端口与光源连接，所述光纤输入-输出光开关的多路输出端口分别与所述定向耦合装置的第一端口连接，所述多根端上具有反射式无标记光学传感元件的光纤连接于各定向耦合装置的与第一端口的输入在光路上直接连通的第二端口，所述合束器的多路输入端口连接于各定向耦合装置的与第二端口的输入在光路上直接连通的第三端口，所述合束器的输出端口连接于所述光探测部件。
10.根据权利要求1所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:包括两个以上的耦合进光纤的光源、或/及两个以上的光纤输入-输出的光开关、或/及两个以上的光探测部件、或/及两个以上的定向耦合装置，或/及两个以上的分束器、或/及两个以上的合束器。
11.根据权利要求1?10任意一项所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述光源包括卤素灯、光辐射二极管、超辐射发光二极管、超连续谱光源、放大自发辐射光源及激光器的一种或组合。
12.根据权利要求1?10任意一项所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述光探测部件包括光谱仪及光功率探测器的一种或组合。
13.根据权利要求1?10任意一项所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述反射式无标记光学传感元件制作于光纤端面或/及粘合于光纤端面。
14.根据权利要求13所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述反射式无标记光学传感元件为制作于光纤端面或/及粘合于光纤端面的具有纳米槽阵列的金膜。
15.根据权利要求1?10任意一项所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的单模光纤、或保偏光纤、或单模光纤与保偏光纤的组合。
16.根据权利要求1?10任意一项所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述多通道无标记生物传感光纤系统中的光纤为对应其所传输光波的多模光纤、或单模光纤与多模光纤的组合、或保偏光纤与多模光纤的组合、或单模光纤、保偏光纤与多模光纤的组合。
17.根据权利要求16所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为I μπι-lOmm。
18.根据权利要求17所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为I μπι-200 μπι。
19.根据权利要求18所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述多模光纤的导波纤芯的直径范围为I μπι-100 μπι。
20.根据权利要求1?10任意一项所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:所述多通道无标记生物传感光纤系统的待检测样品为包括生物分子、或/及化学分子、或/及金属离子的能引起光学折射率或/及光程变化的物质。
21.根据权利要求20所述的多通道无标记生物传感光纤系统，其特征在于:待检测样品为含有待测分子的溶液，当待测分子附着在反射式无标记光学传感元件上时，反射光的光谱或/及强度发生变化并被测量到。
【文档编号】G01N21/25GK204255844SQ201420785059
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】杨天, 贺晓龙 申请人:上海交通大学