[发明专利]微尺度光纤探针及葡萄糖含量的检测方法、装置

说明书

技术领域

本发明涉及生化传感技术领域，具体涉及一种微尺度光纤探针、葡萄糖含量的检测方法、装置。

背景技术

在日常生活中，获取葡萄糖的含量信息具有重要的意义。血糖是提供人体能量的主要物质，对于人体血糖浓度的检测，在生物医疗方面的临床检测中就显得至关重要，因为血糖的偏高和偏低都反应出人体代谢方面出现了问题。在临床治疗中，葡萄糖溶液作为注射疗法经常使用，为进食困难的病人直接提供给养和能量。在工业应用中，葡萄糖又作为还原剂大量使用。因此，对于葡萄糖的检测是一项具有现实应用意义的技术。

目前光纤传感器在生物化学方面的应用得到了很大的发展。但实现方法多集中于应用特种光栅技术。如2012年，SaurabhManiTripathia采用长周期光纤光栅被用来进行大肠杆菌的传感测量；AkashDeep也采用长周期光纤光栅用来进行葡萄糖的传感。这两篇文章中都是将光纤光栅表面修饰后，固定特殊的抗体来实现对目标的选择性探测。2014年BinbinLuo采用同样方法，对大角度的倾斜光栅进行表面修饰后，固定上葡萄糖氧化酶，通过测共振波长漂移的方法实现了对葡萄糖浓度范围为0～3mg/mL的探测，灵敏度能够达到0.298nm^.(mg/ml)^-1。但是使用特种光栅技术实现生化传感的方式，尺寸大，灵敏度过低，对于用来检测的仪器的分辨率的要求就要很高，使得该项技术的使用成本也较高，另外光栅长期使用下的可靠性也存在问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的光纤传感的方式探测葡萄糖含量技术存在的问题，提供一种微尺度光纤探针、基于微尺度光纤探针的葡萄糖含量的检测方法和装置。

为解决上述技术问题，本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种微尺度光纤探针，所述微尺度光纤探针为一段直径为微米级的微纳光纤，所述微纳光纤表面修饰有葡萄糖氧化酶(GOD)，用于测量葡萄糖溶液中葡萄糖的含量。

所述微尺度光纤探针的制备方法，包括以下步骤：

取一根直径为微米级的微纳光纤，激活所述微纳光纤表面的氢氧基；

将所述微纳光纤浸入浓度为8-12mg/mL的葡萄糖氧化酶的醋酸钠混合溶液中，进行1.8-2.2小时的孵化；

然后用醋酸钠缓冲液清洗；

再采用去离子水清洗；

干燥。

进一步的，所述激活微纳光纤表面的氢氧基，具体步骤为：

将所述微纳光纤浸入浓度为95％的H₂SO₄的H₂O₂溶液中0.8-1.2个小时。

所述微纳光纤浸入葡萄糖氧化酶的醋酸钠混合溶液中孵化之前，将所述微纳光纤浸入质量比为8％-12％的硅烷偶联剂酒精溶液35-45分钟，然后用去离子水和酒精清洗干净，以去除未附着在光纤表面的混合物。

本发明提出了基于微尺度光纤探针的葡萄糖浓度的检测方法，包括以下步骤：

将微尺度光纤探针置于待测葡萄糖溶液中，

宽谱光源发出的光波，通过第一光纤耦合器分别耦合进入参考臂和传感臂，其中参考臂由光衰减器和光延迟线构成，传感臂由微尺度光纤探针构成，两臂中传输的光波到达第二光纤耦合器汇合之后进入光谱分析仪，光谱分析仪上显示出干涉光谱；测量干涉光谱的变化，经过信号解调后，获得待测葡萄糖溶液中的葡萄糖含量。

所述信号解调包括以下步骤：

寻找所述干涉光谱上的特定级次波谷，用极值法找到该波谷的最低点，

在最低点附近选取一段光谱再进行高斯拟合，获得波谷的中心波长，

然后以葡萄糖的浓度为横轴，波谷在光谱上的位置为纵轴，画出散点图做线性拟合，获得光谱漂移随葡萄糖浓度变化的曲线，曲线的斜率就为灵敏度；将所述干涉光谱与葡萄糖浓度为0时的干涉光谱作对比，获得特定级次波谷的中心波长在光谱上位置的漂移量，所述漂移量与所述灵敏度的乘积即被测的葡萄糖溶液的浓度。

本发明同时还提供了一种基于微尺度光纤探针的葡萄糖浓度的检测装置，包括宽谱光源，第一光纤耦合器，第二光纤耦合器，光衰减器，光延迟线，所述微尺度光纤探针，光谱分析仪，所述第一光纤耦合器通过光路分别连接参考臂和传感臂，所述参考臂由所述光衰减器、光延迟线构成，所述传感臂由所述微尺度光纤探针构成,两臂中传输的光波到达第二光纤耦合器汇合之后进入所述光谱分析仪。

作为另一优选方案，基于微尺度光纤探针的葡萄糖浓度的检测方法，包括以下步骤：