[发明专利]一种基于光子晶体光纤的生物分子在纤检测系统

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，公开了一种基于光子晶体光纤的生物分子在纤检测系统。该系统包括光源单元、传感单元、流体填充单元、光探测单元、光纤链路和填充链路，其中宽谱光源输出的光经过输入光纤和光纤环形器送至锥形光纤，由于光子晶体光纤与锥形光纤的锥区垂直接触，锥区中的光会通过近场耦合方式耦合进光子晶体光纤中，而满足相位匹配条件的光将会被限制在光子晶体光纤中传播，满足相位匹配条件的光所对应的波长称为谐振波长，不满足相位匹配条件的光将会被重新耦合进锥形光纤中并反射回光纤环形器中，再通过输出光纤输送给光谱分析仪作为测量信号。本发明结构简单，设计灵活易于实现，体积小、灵敏度和精度高，且能对生物分子在纤检测。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光子晶体光纤的生物分子在纤检测系统。

背景技术

目前对生物分子的检测，如核酸与蛋白质，在食品安全、环境监测、基因分析和疾病诊断等关乎国计民生的领域起着重要作用。而在实际应用中对生物分子的快速、实时、高灵敏度和低成本检测，是众多科学研究者所追求的目标。传统的生物分子检测技术通常有电化学法、荧光光度法和同位素法。电化学法是发展较成熟的生化检测方法，但蛋白质等生物分子由于吸附作用会对其测定产生干扰，使测量灵敏度偏低，此外，该类传感器易受电磁信号的干扰，影响其测量精度；荧光光度法具有较高的灵敏度，但受某些离子的干扰影响，荧光会湮灭而且对生物分子进行荧光标记需要复杂的操作，从而限制了该方法的应用；同位素法是目前广为使用的方法，但是同位素标记技术较为繁琐，且存在一定的环境污染，可能对人的健康会造成一定的损害。因此发展高灵敏度且有效的生物分子检测方法成为传感技术领域中一个特别重要的课题。光纤生物分子传感器是生物分子识别技术与现代光纤技术相结合的产物，相比于传统的生物分子传感器具有高灵度、高精度、响应速度快和抗电磁干扰的优点，引起国内外研究者的广泛关注。2013年，Candiani A等人(文献1.Candiani A,Bertucci A,Giannetti S,et al.Label-free DNA biosensor based on a peptidenucleic acid-functionalized microstructured optical fiber-Bragg grating[J].Journal of Biomedical Optics,2013,18(5):57004.)提出在刻有布拉格光栅的光子晶体光纤内表面进行功能化，实现了对DNA的高选择性检测；2016年，Aray A等人(文献2.ArayA,Chiavaioli F,Arjmand M,et al.SPR-based plastic optical fibre biosensor forthe detection of C-reactive protein in serum[J].Journal of Biophotonics,2016,9(10):1077.)提出了一种基于表面等离子共振的塑料光纤生物传感器，用于检测血清中C-反应蛋白，最终的检测极限可达0.009mg/L。但是传统光纤生物分子传感器的共振频谱的3dB带宽非常宽，通常大于50nm，导致非常低的品质因子，严重影响检测精度(文献3.Luo B,Yan Z,Sun Z,et al.Biosensor based on excessively tilted fiber grating inthin-cladding optical fiber for sensitive and selective detection of lowglucose concentration[J].Optics Express,2015,23(25):32429.)。此外，传统光纤生物分子传感器存在温度稳定性差，结构不灵活等不足，限制了其检测极限及灵敏度性能的进一步提升。