一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可集成的微型葡萄糖濃度檢測的高靈敏度傳感結(jié)構(gòu)，具體涉及一種微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，基于倏逝場效應(yīng)和表面等離子共振效應(yīng)的微納米尺寸的光纖傳感結(jié)構(gòu)具有體積小、重量輕、靈敏度高、不受電磁干擾的優(yōu)點，被用于測量折射率、速度、壓力、應(yīng)變、氣體濃度、液體濃度，并且在生物、化學(xué)和環(huán)境檢測領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。葡萄糖濃度檢測是人體健康監(jiān)測和疾病診斷的重要手段，目前醫(yī)學(xué)上常用的葡萄糖濃度檢測器件存在檢測時間長、靈敏度低、智能化程度低的缺點。本發(fā)明提出了一種用于葡萄糖濃度檢測的微型石英空心管-金球復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，既可以獲得很高的靈敏度，實現(xiàn)葡萄糖濃度的快速檢測，又可以集成在微芯片上，實現(xiàn)葡萄糖濃度的智能化檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)、要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明解決了目前醫(yī)學(xué)上常用的葡萄糖濃度檢測器件存在檢測時間長、靈敏度低、智能化程度低的問題，提供了一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)。
[0004](二)、技術(shù)方案
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，采用的技術(shù)方案是:可見光光源I發(fā)出的寬束光經(jīng)過耦合透鏡6聚焦后變?yōu)檎膺M(jìn)入密封腔2，葡萄糖溶液經(jīng)由進(jìn)液管口 4進(jìn)入，由出液管口 5流出，微米石英空心管11和微米金球10由第一隔離套管8和第二隔離套管9支撐固定在密封腔2內(nèi)，窄束光進(jìn)入微米石英空心管11和微米金球10產(chǎn)生倏逝場，與葡萄糖溶液作用，攜帶葡萄糖濃度信息的光信號經(jīng)由輸出透鏡7聚焦出射，到達(dá)探測器3，獲得葡萄糖濃度和光功率的關(guān)系。
[0005]上述方案中，所述的可見光光源I為輸出光波長為532nm的激光二極管，探測器3為靈敏度1pW的光電二極管探測器、，微米石英空心管11的內(nèi)徑為2 μ m、外徑為3 μ m，微米金球10直徑為2 μ m，第一隔離套管8和第二隔離套管9的材料為二氟化鎂晶體。
[0006](三)、有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1)本發(fā)明中的入射光進(jìn)入微米石英空心管11會產(chǎn)生倏逝場，入射光到達(dá)微米金球10表面產(chǎn)生表面等離子共振效應(yīng)，會使倏逝場增強，從而更易感知葡萄糖濃度的變化，提高了傳感器的靈敏度，比傳統(tǒng)葡萄糖濃度檢測儀高1000倍，可以實現(xiàn)對血液和體液內(nèi)葡萄糖濃度的檢測；
2)本發(fā)明提出的微型復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)既可以獲得葡萄糖濃度的高靈敏度和快速檢測，同時，該結(jié)構(gòu)的尺寸在微米量級，可以集成在可植入人體的微生物芯片上，實現(xiàn)體內(nèi)健康信息的實時、全天候智能化監(jiān)測。
【附圖說明】
[0007]圖1為一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)的工作原理圖。
[0008]圖2為水和5%_30%濃度的葡萄糖溶液對應(yīng)的光譜強度變化曲線。
[0009]圖3為光功率隨葡萄糖溶液濃度的變化曲線。
【具體實施方式】
[0010]下面通過【具體實施方式】闡明本發(fā)明的實質(zhì)特點和顯著進(jìn)步。
[0011]一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)葡萄糖濃度檢測結(jié)構(gòu)相比，采用光學(xué)傳感方法實現(xiàn)了葡萄糖濃度的快速檢測，選取微米尺寸的石英空心管和金球作為傳感元，并引入倏逝場效應(yīng)和表面等離子共振效應(yīng)來提高傳感器靈敏度。其中，倏逝場效應(yīng)指的是光入射到亞波長介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中時，光波不會完全局限在波導(dǎo)中傳輸，而會逸出到波導(dǎo)外側(cè)，并在波導(dǎo)周圍形成一層光場包絡(luò)，即光學(xué)倏逝場。該倏逝場由于與波導(dǎo)外部環(huán)境直接接觸，因而會將波導(dǎo)外部環(huán)境參數(shù)變化的信息反映到在沿波導(dǎo)傳輸?shù)墓庑盘栕兓希瑥亩鴮崿F(xiàn)對外部環(huán)境參數(shù)的檢測。除此之外，本發(fā)明還應(yīng)用到另外一種效應(yīng)，即表面等離子共振效應(yīng)。這種效應(yīng)的產(chǎn)生是由于光入射到微納米金屬結(jié)構(gòu)上時，入射光的光子會與金屬表層的自由電子發(fā)生共振，該共振條件與金屬結(jié)構(gòu)周圍介質(zhì)的變化緊密相關(guān)。因而可以利用金屬結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生的表面等離子共振效應(yīng)來實現(xiàn)對外部環(huán)境參數(shù)的檢測。本發(fā)明中將倏逝場效應(yīng)和表面等離子共振效應(yīng)相結(jié)合，光入射到金球表面產(chǎn)生的表面等離子共振會使光入射到石英空心管內(nèi)產(chǎn)生的倏逝場效應(yīng)增強，從而提高石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)檢測葡萄糖濃度的靈敏度。
[0012]本發(fā)明的實施方式如下，可見光光源I發(fā)出的寬束光經(jīng)過耦合透鏡6聚焦后變?yōu)檎膺M(jìn)入密封腔2，葡萄糖溶液經(jīng)由進(jìn)液管口 4進(jìn)入，由出液管口 5流出，微米石英空心管11和微米金球10由第一隔離套管8和第二隔離套管9支撐固定在密封腔2內(nèi)，窄束光進(jìn)入微米石英空心管11和微米金球10產(chǎn)生倏逝場，與葡萄糖溶液作用，攜帶葡萄糖濃度信息的光信號經(jīng)由輸出透鏡7聚焦出射，到達(dá)探測器3，獲得葡萄糖濃度和光功率的關(guān)系。其中，可見光光源I為輸出光波長為532nm的激光二極管，探測器3為探測靈敏度1pW的光電二極管探測器。微米石英空心管11的內(nèi)徑為2 μπκ外徑為3 μπι，微米金球10的直徑為
2μ m，在具體實施過程中需要根據(jù)微納米制造工藝和技術(shù)設(shè)備來選取合適尺寸。第一隔離套管8和第二隔離套管9的材料為二氟化鎂晶體。
[0013]圖2所示為水和濃度為5%_30%濃度葡萄糖的出射光譜功率變化曲線，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)可以連續(xù)測量葡萄糖濃度的變化。其中，出射光譜上存在透射峰Pl和透射峰P2，透射峰Pl和透射峰P2的功率均隨著葡萄糖濃度的增大而逐漸增大。圖3所示為透射峰P2的峰值功率隨葡萄糖溶液濃度的線性變化關(guān)系，結(jié)果表明，利用本發(fā)明的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，對葡萄糖濃度檢測的靈敏度可以達(dá)到
5.6 μ mol/L0
【主權(quán)項】
1.一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，包括可見光光源1、密封腔2、探測器3、進(jìn)液管口 4、出液管口 5、耦合透鏡6、輸出透鏡7、第一隔離套管8、第二隔離套管9、微米金球10、微米石英空心管11，其特征在于:可見光光源I發(fā)出的寬束光經(jīng)過耦合透鏡6聚焦后變?yōu)檎膺M(jìn)入密封腔2，窄束光進(jìn)入密封腔2檢測葡萄糖濃度后，經(jīng)由輸出透鏡7聚焦出射，到達(dá)探測器3，獲得葡萄糖濃度和光功率的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，其特征在于:可見光光源I為輸出光波長532nm的激光二極管，微米金球10的直徑為2 μπι，微米石英空心管11的長度內(nèi)徑為2 μm、外徑為3 μm，微米石英空心管11由二氟化鎂晶體構(gòu)成的第一隔離套管8和第二隔離套管9支撐固定在密封腔2內(nèi)，葡萄糖溶液經(jīng)由進(jìn)液管口4進(jìn)入，由出液管口 5流出，探測器3為光電二極管探測器、靈敏度為1pl
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復(fù)合光纖結(jié)構(gòu)，包括可見光光源1、密封腔2、探測器3、進(jìn)液管口4、出液管口5、耦合透鏡6、輸出透鏡7、第一隔離套管8、第二隔離套管9、微米金球10、微米石英空心管11。本發(fā)明利用光入射到微米石英空心光纖產(chǎn)生的倏逝場效應(yīng)和光入射到微米金球表面產(chǎn)生的表面等離子體共振效應(yīng)來提高傳感器靈敏度。實驗結(jié)果表明，利用該結(jié)構(gòu)可以連續(xù)測量葡萄糖濃度的變化，具有良好的線性特性，濃度檢測的靈敏度可以達(dá)到5.6μmol/L，可以實現(xiàn)對血液和體液內(nèi)葡萄糖濃度的檢測。同時，該結(jié)構(gòu)可以集成到微型芯片中，減小安裝設(shè)備所需的空間。
【IPC分類】G01N21-17
【公開號】CN104833635
【申請?zhí)枴緾N201510194633
【發(fā)明人】李晉, 張亞男, 陳飛
【申請人】東北大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月23日