[发明专利]一种基于嵌套波导管的传感器

说明书

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种基于嵌套波导管的传感器。一种基于嵌套波导管的传感器，包括光源、光探测器和嵌套波导管，嵌套波导管的一端设置有发射探测光束的光源，另一端设置有接收探测光束的光探测器；嵌套波导管包括内部光波导和侧壁能够反射探测光束的外部毛细管，内部光波导嵌套在外部毛细管的内部并形成有间隙。其有益效果是：外部毛细管的侧壁可以反射和约束探测光束，因此光源发射的探测光束可以在外部毛细管侧壁与内部光波导之间来回反射传输，从而能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程、简化测试系统，还可以增加光程、提高检测精度和减小样品需求量。

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种基于嵌套波导管的传感器，可用于生化领域的液体和气体样品的折射率检测和吸光度检测。

背景技术

折射率和吸光度是重要的材料特性参数，测试样品的折射率或吸光度可以获知样品的成份和浓度等相关信息，并且光学检测具有抗电磁干扰和快速响应的特点。因此，基于吸光度检测的分光光度计(或称比色计)和基于折射率检测的表面等离子体共振(SPR)传感器，广泛用于生化分析领域。

对于分光光度计，需要将待测样品置于比色皿中进行测试(Sensors andActuators B，191，561-566(2014))。为了提高测试精度，需要增加比色皿的厚度(即比色皿中探测光的传输距离，或称“光程”)，这使得比色皿的体积增加、需要的样品量增多，并且无法实时检测样品的浓度变化和反应进程。

对于SPR传感器，文献Instrumentation Science and Technology，41，574-607(2013)报道，目前主要有两种结构：棱镜表面镀金属膜，光纤表面镀金属膜。光波在金属膜中激发等离子体，需要满足严格的条件(比如，最佳的光束入射角和金属膜厚度等)，因此制备工艺复杂。此外，光束与金属膜的相互作用次数有限，为了提高灵敏度，需要增加光程。对于光纤结构，虽然光束在光纤内部可以多次反射传输；但是，为了满足全反射条件，入射角需要大于临界角，因此光程并没有得到大幅增加。

专利US 5507447涉及一种液体导光波导，其一种结构是采用一种低折射率的有机塑料制备毛细管，由于该塑料的折射率小于水的折射率，光束在液体与塑料的界面会发生全反射，从而将光束限制在毛细管中传输；但是塑料中的间隙会吸附液体，导致毛细管污染，从而干扰检测结果。其另一种结构是采用一种低折射率的有机塑料包覆玻璃毛细管，由于该塑料的折射率小于玻璃的折射率，光束在玻璃与塑料的界面会发生全反射，从而将光束限制在毛细管中传输。但是由于石英的折射率要大于有机塑料和水的折射率，光波更倾向于在石英管侧壁内传输，而不是在液体中传输，因此会降低检测精度。

综上，现有的传感器不能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程，并且测试系统复杂，检测精度低，样品需求量大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的吸光度和折射率的检测传感器。本发明提供的一种基于嵌套波导管的传感器，能够实现实时监测样品的浓度变化和反应进程、简化测试系统，还可以增加光程、提高检测精度和减小样品需求量。

本发明提供的一种基于嵌套波导管的传感器，其技术方案是：

一种基于嵌套波导管的传感器，包括光源、光探测器和嵌套波导管，嵌套波导管的一端设置有发射探测光束的光源，另一端设置有接收探测光束的光探测器；嵌套波导管包括内部光波导和侧壁能够反射探测光束的外部毛细管，内部光波导嵌套在外部毛细管的内部并形成有间隙。

优选地，外部毛细管的侧壁和/或内部光波导的侧壁设置有薄膜或者颗粒。

优选地，薄膜的厚度是1nm～1000nm；颗粒的尺寸大小是1nm～1000nm。

优选地，薄膜是金属材质的薄膜或者是光学介质材质的薄膜；颗粒是金属材质的颗粒或者是光学介质材质的颗粒。