根据已知的单模光纤的结构参数计算出第k阶包 层模的有效折射率:，并设计所需要的第k阶包层模的谐振波长為W及光纤包层表面 Bragg光栅5阶数m之后，由公式3即可计算出需要写入的光纤包层表面化agg光栅5的周 期大小Adadd。
[0054] 第五步：使用光纤涂覆机，在光纤包层2的前段和后段表面上涂覆上一层多聚物 光纤保护涂覆层1。 阳化5] 第六步：使用浓度为5%~8%的硝酸清洁光纤表面，利用硅烷偶联剂溶液对光纤 包层中段的外表面进行硅烷化处理，在其外表面形成硅烷层7。
[0056] 第屯步：在硅烷层7的表面固定适体层8,该适体层8对目标生物分子或待测化学 成分具有选择性吸收或敏感的特性。
[0057] 比如，制作测试凝血酶蛋白生物分子的传感器时，使用凝血酶寡核巧酸适体对光 纤包层表面化agg光栅5进行解化，在硅烷层7的表面形成厚度约几十nm的凝血酶寡核巧 酸适体层。如，制作测试免疫球蛋白抗原的传感器时，使用免疫球蛋白抗体对光纤包层表 面化agg光栅5进行解化，在硅烷层7的表面形成厚度约几十nm的免疫球蛋白抗体层；再 如，制作测试血糖溶液的葡萄糖分子浓度的传感器时，使用葡萄糖氧化酶对光纤包层表面 Bragg光栅5进行解化，在硅烷层7的表面形成厚度约几十nm的葡萄糖氧化酶适体层。
[0058] 第八步：在适体层8外设置保护套9 ;该保护套9上设置有分子孔筛，W使目标生 物分子或待测化学分子能够渗透分子孔筛。具体实施中，在光纤的前段和后段外表面，安装 过渡缓冲套10,W避免光纤被折断。
【主权项】
1. 光纤包层表面Bragg光栅生化传感器，包括光纤纤芯（3)和包裹光纤纤芯（3)的光 纤包层（2)，其特征在于：所述光纤纤芯（3)的前段设置长周期光纤光栅（4)，在光纤包层 (2) 的中段外表面设置光纤包层表面Bragg光栅（5)，该光纤包层表面Bragg光栅（5)由若 干条线状沟槽构成或者由若干个点状凹槽构成；所述线状沟槽或点状凹槽沿光纤的轴向呈 现周期性的分布；所述线状沟槽的槽道沿光纤圆周方向分布；在长周期光纤光栅（4)后方 的光纤纤芯（3)上设置有光纤Bragg光栅（6)。2. 根据权利要求1所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器，其特征在于：所述光 纤包层表面Bragg光栅（5)的表面吸附有硅烷层（7)，其余光纤包层的外表面涂覆有光纤保 护涂覆层（1);所述硅烷层（7)的表面固定有适体层（8)，该适体层（8)对目标生物分子或 待测化学成分具有选择性吸收或敏感的特性。3. 根据权利要求1或2所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器，其特征在于：点状 凹槽或线状沟槽的槽深度〈0.5μm，槽宽度小于光纤包层表面Bragg光栅（5)周期的一半， 光纤包层表面Bragg光栅（5)的长度在10mm~20mm之间；长周期光纤光栅（4)在1500nm~ 1600nm之间具有带宽为>10nm的谐振损耗峰；光纤包层表面Bragg光栅（5)的某个高阶包 层模的谐振峰处于长周期光纤光栅（4)在1500nm~1600nm之间的谐振中心波长的附近； 光纤Bragg光栅（6)的谐振峰处于长周期光纤光栅（4)的谐振带外。4. 根据权利要求3所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器，其特征在于：当光纤 包层表面Bragg光栅（5)由若干条相互平行的具有周期性的线状沟槽构成时，线状沟槽槽 道的长度在光纤包层横截面周长的1/4~1之间。5. 根据权利要求4所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器，其特征在于：在适体 层（8)外设置有保护套（9)，该保护套（9)上设置有分子孔筛。6. 光纤包层表面Bragg光栅生化传感器制作方法，其特征在于：包括如下步骤： 第一步：取一根单模裸光纤，该单模裸光纤只具有光纤纤芯（3)以及包裹光纤纤芯（3) 的光纤包层（2);该单模裸光纤经过载氢处理； 第二步：制作长周期光纤光栅（4):采用紫外光通过振幅掩膜板曝光方法在光纤纤芯 (3) 的前段写入长周期光纤光栅（4); 第三步：制作光纤Bragg光栅（6):用双频Ar+激光器作为光源，使用相位掩膜法，在长 周期光纤光栅（4)后方的光纤纤芯（3)上制作光纤Bragg光栅； 第四步：制作光纤包层表面Bragg光栅（5):用飞秒激光器（11)发射激光脉冲，电子开 关（12)控制光路的通断，通过衰减可控的半波片（13)和格兰氏棱镜（14)形成线偏振光， 再用光束分束片（15)对光束进行分束，最后通过倒置的显微物镜（16)将激光光束聚焦到 光纤包层（2)的中段的外表面，逐点写入若干个点状凹槽或者逐线写入若干条线状沟槽； 所述线状沟槽或点状凹槽沿光纤的轴向呈现周期性的分布；所述线状沟槽的槽道沿光纤圆 周方向分布，所有线状沟槽的轴对称线在一条直线上，且该直线与光纤中心轴平行；所有点 状凹槽的中心点位于一条直线上，且该直线与光纤中心轴平行； 第五步：使用光纤涂覆机，在光纤包层（2)的前段和后段表面上涂覆上一层多聚物光 纤保护涂覆层（1); 第六步：使用浓度为5%~8%的硝酸清洁光纤表面，利用硅烷偶联剂溶液对光纤包层 中段的外表面进行硅烷化处理，在其外表面形成硅烷层（7); 第七步：在硅烷层（7)的表面固定适体层（8)，该适体层（8)对目标生物分子或待测化 学成分具有选择性吸收或敏感的特性。7. 根据权利要求6所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器制作方法，其特征在于： 点状凹槽或线状沟槽的槽深度〈0.5μπι，槽宽度小于光纤包层表面Bragg光栅（5)周期的 一半，光纤包层表面Bragg光栅（5)的长度在10mm~20mm之间；长周期光纤光栅（4)在 1500nm~1600nm之间具有带宽为>10nm的谐振损耗峰；光纤包层表面Bragg光栅（5)的 某个高阶包层模的谐振峰处于长周期光纤光栅（4)在1500nm~1600nm之间的谐振中心波 长的附近；光纤Bragg光栅（6)的谐振峰处于长周期光纤光栅（4)的谐振带外。8. 根据权利要求6或7所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器制作方法，其特征 在于：当光纤包层表面Bragg光栅（5)为由若干条线状沟槽时，槽道的长度在光纤包层横截 面周长的1/4~1之间。9. 根据权利要求8所述的光纤包层表面Bragg光栅生化传感器制作方法，其特征在于： 该方法还包括第八步：在适体层（8)外设置保护套（9);该保护套（9)上设置有分子孔筛， 以使目标生物分子或待测化学分子能够渗透分子孔筛。
【专利摘要】本发明公开了光纤包层表面Bragg光栅生化传感器，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层，其特征在于：所述光纤纤芯的前段设置长周期光纤光栅，在光纤包层的中段外表面设置光纤包层表面Bragg光栅，该光纤包层表面Bragg光栅由若干条线状沟槽构成或者由若干个点状凹槽构成；所述线状沟槽或点状凹槽沿光纤的轴向呈现周期性的分布；所述线状沟槽的槽道沿光纤圆周方向分布；在长周期光纤光栅后方的光纤纤芯上设置有光纤Bragg光栅；本发明利用光纤包层表面Bragg光栅对高阶包层模的窄带反射谐振特性来测量或定量/定性分析生物分子、化学成分的浓度，实现生物分子或化学成分的传感；可广泛应用于生物、化工、医学、生命科学等领域。
【IPC分类】G01N21/41, G01D21/02, G01K11/32
【公开号】CN105403535
【申请号】CN201510691314
【发明人】罗彬彬, 石胜辉, 赵明富, 钟年丙, 肖汉光, 陈立功, 邹雪, 张建强, 白军, 周登义
【申请人】重庆理工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年10月22日