带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置的制作方法

本实用新型涉SPR传感技术领域，更具体的说是带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置。

背景技术：

生物液体特性检测与人类身体的健康息息相关。新型病毒来袭，人类健康受到威胁，医疗人员争分夺秒的研究新型病毒与制作相应的药品，而对于生物液体或血液等样品的成分检测的时间长短关乎众多性命的存亡，提高生物液体检测装置的检测效率势在必行。在现代通信传输媒介中，光纤具有电绝缘性好、化学性质稳定、传输速度快等优点，且可在易燃易爆、有毒、高温高压等严峻恶劣的环境条件下工作，满足通信、监测和生物医学等众多研究领域的使用要求，并得到了广泛应用，已经成为现代生活中一种必不可少的信息传输媒介。

光纤表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)传感器主要是对外界环境某一物理量的变化进行感知与传输；本实用新型提供了一种新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，该多通道SPR传感装置通过一根光纤探针完成六通道分布式SPR传感的传输，同时可以在光纤SPR传感器必备结构的纳米薄膜上如覆有特异性结合体(如抗原或互补DNA等)，即可实现待测生物液体的特异性检测。每一个SPR传感器可以检测一种性质，若要找到待测生物液体具有哪种性如：待测生物液体包含哪种抗体，则需要更换多个SPR传感器进行试验，最终通过传感光谱确定生物液体的性质；本实用新型可以应用在生物医学领域，在一根传感探针光纤上最多可以同时完成生物液体的十二种特异性检测，提高了实验效率，提高了传感装置的稳定性，同时还可以实时传输光源的光谱作为基准参考谱，提高了实验的准确性。

技术实现要素：

本实用新型提供了带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，在一根光纤探针上实现多通道分布式的SPR传感，可应用在生物医学领域最多同时进行生物液体的十二种特异性检测，大大提高了工作效率，并可以得到实时的光源基准光谱用以对比参考，提高了实验的准确性，解决了传统分布式传感器的通道较少，并没有实时光源光谱进行对比分析的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，该带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置由超连续谱光源、光源尾纤、光纤分束器、单模光纤、耦合透镜组、七芯光纤、接收光纤和光谱仪组成；

超连续谱光源为光谱宽度450nm—1100nm的超连续谱光源，用于产生激发SPR现象的激发光；光源尾纤用于传输超连续谱光源的光；光纤分束器用于将超连续谱光源的光分为七束；单模光纤用于接收光纤分束器的输出光，耦合透镜组用于将单模光纤的输出光耦合进七芯光纤中；七芯光纤用于产生并传输传感光谱和传输超连续谱光源基准光谱，七芯光纤侧面设置有SPR传感区Ⅰ、SPR传感区Ⅱ、SPR传感区Ⅲ、SPR传感区Ⅳ、SPR传感区Ⅴ和SPR传感区Ⅵ，SPR传感区Ⅰ上设置有传感凹槽结构，SPR传感区Ⅰ组成包括纤芯、纳米金属薄膜和环境液体，纤芯为传感凹槽的底部，纳米金属薄膜覆盖在纤芯表面，生物液体填满传感凹槽，SPR传感区Ⅱ、SPR传感区Ⅲ、SPR传感区Ⅳ、SPR传感区Ⅴ、SPR传感区Ⅵ和SPR传感区Ⅰ的结构和组成均相同；七芯光纤的光出射端设置有SPR传感区Ⅶ、SPR传感区Ⅷ、SPR传感区Ⅸ、SPR传感区Ⅹ、SPR传感区Ⅺ、SPR传感区Ⅻ和中间纤芯，SPR传感区Ⅶ、SPR传感区Ⅷ、SPR传感区Ⅸ、SPR传感区Ⅹ、SPR传感区Ⅺ和SPR传感区Ⅻ为锥角结构，SPR传感区Ⅶ、SPR传感区Ⅷ、SPR传感区Ⅸ、SPR传感区Ⅹ、SPR传感区Ⅺ和SPR传感区Ⅻ与SPR传感区Ⅰ的组成相同；接收光纤用于接收并传输传感光谱；光谱仪光谱宽度450nm—1100nm，光谱仪用于接收并保存传感光谱；

超连续谱光源的光出射端与光源尾纤的接收端连接，光源尾纤的光出射端与光纤分束器的光接收端连接，单模光纤设置有多个，光纤分束器的光出射端分别与每根单模光纤的光接收端连接，每个单模光纤的纤芯分别与七芯光纤的每个纤芯对应入射光，耦合透镜组置于单模光纤的光出射端与七芯光纤的光接收端之间，接收光纤设置有多根，多根接收光纤的纤芯分别接收七芯光纤的外围纤芯的输出光，一根接收光纤的纤芯与七芯光纤的中间纤芯正对焊接；光谱仪设置有多个，多个光谱仪的输入端分别与多根接收光纤的光出射端连接。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的光源尾纤为单模光纤或少模光纤。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的纳米金属薄膜的厚度为50nm。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的纳米金属薄膜的表面还覆有抗原或互补DNA或其他特异性结合体。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的接收光纤为渐变多模光纤或阶跃多模光纤。

本实用新带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置的有益效果为：

1.本实用新型提供了带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，在一根光纤探针上实现多通道分布式的SPR传感，可应用在生物医学领域最多同时进行生物液体的十二种特异性检测，大大提高了工作效率，并可以得到实时的光源基准光谱用以对比参考，提高了实验的准确性，解决了传统分布式传感器的通道较少，并没有实时光源光谱进行对比分析的问题。

2.本实用新型制作了集成六通道分布式的SPR传感器，可以同时进行六路分布式传感，提高了传感效率。

3.本实用新型应用在生物医学领域，可通过该传感器最多同时实现生物液体的六种特异性分析检测，工作效率高。

4.本实用新型得到六路特异性分析的独立、无干扰的传感光谱。

5.本实用新型可同时得到实时的光源的基准光谱用做对比分析，增强了实验的准确性。

6.本实用新型制作材料简单易寻，成本低廉。

7.本实用新型可以多次重复使用，节约成本，可靠性强。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置的结构示意图；

图2为七芯光纤6光出射端的结构示意图；

图3为SPR传感区Ⅰ6-1的结构示意图。

图中：超连续谱光源1；光源尾纤2；光纤分束器3；单模光纤4；耦合透镜组5；七芯光纤6；SPR传感区Ⅰ6-1；纤芯6-1-1；纳米金属薄膜6-1-2；环境液体6-1-3；SPR传感区Ⅱ6-2；SPR传感区Ⅲ6-3；SPR传感区Ⅳ6-4；SPR传感区Ⅴ6-5；SPR传感区Ⅵ6-6；SPR传感区Ⅶ6-7；SPR传感区Ⅷ6-8；SPR传感区Ⅸ6-9；SPR传感区Ⅹ6-10；SPR传感区Ⅺ6-11；SPR传感区Ⅻ6-12；中间纤芯6-13；接收光纤7；光谱仪8。

具体实施方式

下面结合图1、2、3说明本实施方式，本实用新型提供了带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，在一根光纤探针上实现多通道分布式的SPR传感，可应用在生物医学领域最多同时进行生物液体的十二种特异性检测，大大提高了工作效率，并可以得到实时的光源基准光谱用以对比参考，提高了实验的准确性，解决了传统分布式传感器的通道较少，并没有实时光源光谱进行对比分析的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，该新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置由超连续谱光源1、光源尾纤2、光纤分束器3、单模光纤4、耦合透镜组5、七芯光纤6、接收光纤7和光谱仪8组成；

超连续谱光源1为光谱宽度450nm—1100nm的超连续谱光源，用于产生激发SPR现象的激发光，传统光纤SPR传感器的共振波长范围为450nm—1100nm，超连续谱光源1的光谱宽度需包含450nm—1100nm，至少为450nm—1100nm；光源尾纤2用于传输超连续谱光源1的光；光纤分束器3用于将超连续谱光源1的光分为七束；单模光纤4用于接收光纤分束器3的输出光，耦合透镜组5用于将单模光纤4的输出光耦合进七芯光纤6中；七芯光纤6用于产生并传输传感光谱和传输光源基准光谱，七芯光纤6侧面设置有SPR传感区Ⅰ6-1、SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5和SPR传感区Ⅵ6-6，SPR传感区Ⅰ6-1上设置有传感凹槽，SPR传感区Ⅰ6-1组成包括纤芯6-1-1、纳米金属薄膜6-1-2和环境液体6-1-3，纤芯6-1-1为传感凹槽的底部，纳米金属薄膜6-1-2覆盖在纤芯6-1-1表面，生物液体6-1-3填满传感凹槽，SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5、SPR传感区Ⅵ6-6和SPR传感区Ⅰ6-1的结构和组成均相同；七芯光纤6的光出射端设置有SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11、SPR传感区Ⅻ6-12和中间纤芯6-13，SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11和SPR传感区Ⅻ6-12为锥角结构，SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11和SPR传感区Ⅻ6-12与SPR传感区Ⅰ6-1的组成相同；接收光纤用于接收并传输传感光谱；光谱仪8光谱宽度450nm—1100nm，光谱仪8用于接收并保存传感光谱；

超连续谱光源1的光出射端与光源尾纤2的接收端连接，光源尾纤2的光出射端与光纤分束器3的光接收端连接，单模光纤4设置有多个，光纤分束器3的光出射端分别与每根单模光纤4的光接收端连接，每个单模光纤4的纤芯分别与七芯光纤6的每个纤芯对应入射光，耦合透镜组5置于单模光纤4的光出射端与七芯光纤6的光接收端之间，接收光纤7设置有多根，多根接收光纤7的纤芯分别接收七芯光纤6的外围纤芯的输出光，一根接收光纤7的纤芯与七芯光纤6的中间纤芯6-13正对焊接；光谱仪8设置有多个，多个光谱仪8的输入端分别与多根接收光纤7的光出射端连接；制作过程：取七根30cm左右的单模光纤4，单模光纤4两端1cm-2cm处利用光纤钳剥除涂覆层，用无纺布蘸取酒精和乙醚的混合液，反复擦拭包层进行清洁，通过光纤切割刀将两端面切割平整，将多根单模光纤4分别与光纤分束器的输出端连接，取一段40cm-50cm的七芯光纤6，光纤两端1cm-2cm处利用光纤钳剥除涂覆层，用无纺布蘸取酒精和乙醚的混合液，反复擦拭包层进行清洁，通过光纤切割刀将两端面切割平整，选取七芯光纤6侧面的六个纤芯面制作激发SPR现象的SPR传感区Ⅰ6-1、SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5和SPR传感区Ⅵ6-6，利用光纤剥线钳剥除涂覆层，用无纺布蘸取酒精和乙醚的混合液，反复擦拭包层进行清洁，然后，通过光纤侧抛机将选取的传感区部分侧抛，去除包层，漏出纤芯，用无纺布蘸取酒精和乙醚的混合液，反复擦拭清洁锥面，在通过小型离子溅射分别将漏出纤芯的传感区表面镀上纳米金属薄膜6-1-2，纳米金属薄膜6-1-2为50nm厚的金膜，镀膜后取出，将七芯光纤6的光出射端置于光纤磨锥机上分别将七芯光纤6的外围的六个纤芯磨成锥角型SPR传感结构，锥角范围为8°-20°，将七芯光纤6的光出射端通过小型离子溅射分别将漏出纤芯的传感区表面镀上纳米金属薄膜6-1-2，纳米金属薄膜6-1-2为50nm厚的金膜，镀膜后取出，SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11、SPR传感区Ⅻ6-12和中间纤芯6-13，将七根接收光纤7的光接收端的端面切割平整，通过接收光纤7接受每个七芯光纤6纤芯的出射光，将耦合透镜组5置于单模光纤4的光出射端与七芯光纤6的光接收端之间，使得七芯光纤6的纤芯接收到单模光纤4的出射光，七根接收光纤7的光出射端分别接至不同的光谱仪8；工作过程：超连续谱光源1的开关打开，光谱仪8的开关打开，超连续谱光源1的光经过光源尾纤2传输，光源尾纤2的光被光纤分束器3接收，并将光分为七束通过七根单模光纤4输出，单模光纤4的输出光经过耦合透镜组5将输出光耦合进七芯光纤6的七个纤芯中，七芯光纤6的纤芯外面均匀分布六个、中心有一个中间纤芯6-13，中间纤芯6-13用于传输光源的基准光谱，七芯光纤6外侧的六个纤芯制作了SPR传感区Ⅰ6-1、SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5和SPR传感区Ⅵ6-6，在七芯光纤6光出射端有SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11、SPR传感区Ⅻ6-12和中间纤芯6-13；七芯光纤6中的光经过SPR传感区Ⅰ6-1、环境液体6-1-3、SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5、SPR传感区Ⅵ6-6、SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11和SPR传感区Ⅻ6-12，光与传感区的纳米金属膜的自由电子发生共振，共振同时可以对环境液体的折射率进行传感；应用在生物医学领域，可以在纳米金属膜上覆有不同的特异性结合体(如抗原或互补DNA等)，将环境液体换为待测生物液体，激发SPR现象时，如果待测生物液体若与特异性结合体产生反应，以抗原为例，可以检测数待测出果待测中是否含有相应的抗体，因为特异性结合会改变生物液体的折射率，导致SPR传感光谱的共振波谷、共振深度发生改变，接收光纤7接收传感光谱传入光谱仪8中，在对应的光谱仪8上观察传感光谱，传感光谱的共振波谷、共振深度会表现出该特性特异性，观察并记录保存传感光谱，实验完毕将超连续谱光源1和光谱仪8的开关关闭即可；本实用新型实现多通道分布式SPR传感器，如应用在生物医学领域，最多可以一次进行十二种特异性检测，还可得到超连续谱光源1的实时光谱作为基准对比分析，工作效率高，提高了准确性。

本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的光源尾纤2为单模光纤或少模光纤。

本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的纳米金属薄膜6-1-2的厚度为50nm。

本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的纳米金属薄膜6-1-2的表面还覆有抗原或互补DNA或其他特异性结合体。

本实用新型带有基准光谱的多通道光纤SPR传感装置，所述的接收光纤7为渐变多模光纤或阶跃多模光纤。

本实用新型的工作原理是：

超连续谱光源1的开关打开，光谱仪8的开关打开，超连续谱光源1的光经过光源尾纤2传输，光源尾纤2的光被光纤分束器3接收，并将光分为七束通过七根单模光纤4输出，单模光纤4的输出光经过耦合透镜组5将输出光耦合进七芯光纤6的七个纤芯中，七芯光纤6的纤芯外面均匀分布六个、中心有一个中间纤芯6-13，中间纤芯6-13用于传输光源的基准光谱，七芯光纤6外侧的六个纤芯制作了SPR传感区Ⅰ6-1、SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5和SPR传感区Ⅵ6-6，在七芯光纤6光出射端有SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11、SPR传感区Ⅻ6-12和中间纤芯6-13；七芯光纤6中的光经过SPR传感区Ⅰ6-1、环境液体6-1-3、SPR传感区Ⅱ6-2、SPR传感区Ⅲ6-3、SPR传感区Ⅳ6-4、SPR传感区Ⅴ6-5、SPR传感区Ⅵ6-6、SPR传感区Ⅶ6-7、SPR传感区Ⅷ6-8、SPR传感区Ⅸ6-9、SPR传感区Ⅹ6-10、SPR传感区Ⅺ6-11和SPR传感区Ⅻ6-12，光与传感区的纳米金属膜的自由电子发生共振，共振同时可以对环境液体的折射率进行传感；应用在生物医学领域，可以在纳米金属膜上覆有不同的特异性结合体(如抗原或互补DNA等)，将环境液体换为待测生物液体，激发SPR现象时，如果待测生物液体若与特异性结合体产生反应，以抗原为例，可以检测数待测出果待测中是否含有相应的抗体，因为特异性结合会改变生物液体的折射率，导致SPR传感光谱的共振波谷、共振深度发生改变，接收光纤7接收传感光谱传入光谱仪8中，在对应的光谱仪8上观察传感光谱，传感光谱的共振波谷、共振深度会表现出该特性特异性，观察并记录保存传感光谱，实验完毕将超连续谱光源1和光谱仪8的开关关闭即可；本实用新型实现多通道分布式SPR传感器，如应用在生物医学领域，最多可以一次进行十二种特异性检测，还可得到超连续谱光源1的实时光谱作为基准对比分析，工作效率高，提高了准确性。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。