[发明专利]基于飞秒激光刻写的长周期光纤光栅的葡萄糖浓度检测方法

说明书

本发明提供了一种基于飞秒激光刻写的长周期光纤光栅的葡萄糖浓度检测方法，本发明为了实现葡萄糖的浓度检测，设计搭建了基于长周期光纤光栅多次可重复测量葡萄糖浓度的光学系统，利用飞秒激光刻写得到的长周期光纤光栅来测量葡萄糖的浓度，与传统测试方法相比较该种方法灵敏度高、能测微量变化、可实时监测、检测过程简单。其中长周期光纤光栅为使用800nm的飞秒激光来刻写完成的，通过调整激光可以刻写出不同的周期光栅。

技术领域

本发明涉及生物医学检测技术，特别涉及一种基于飞秒激光刻写的长周期光纤光栅的葡萄糖浓度检测方法。

背景技术

在日常生活中，获取葡萄糖的含量信息对人体的健康水平的评断以及疾病的预防具有重要的意义。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。葡萄糖是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质。它的氧化反应放出的热量是人类生命活动所需能量的重要来源。在食品、医药工业上可直接使用，在印染制革工业中作还原剂，在制镜工业和热水瓶胆镀银工艺中常用葡萄糖作还原剂。工业上还大量用葡萄糖为原料合成维生素C(抗坏血酸)。

目前用光纤光栅测量温度、应变、位移的传感器比较成熟，而用来测量生物医学方面的应用较少，大多数采用特种光栅测量，用长周期光纤光栅测葡萄糖浓度国内的偏少，国外的有一些，但都是通过镀膜来实现葡萄糖浓度的测量。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，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，2016年Lu,Bingyu采用侧面抛光光纤SPR传感器用于连续葡萄糖监测，该传感器具有具有温度自补偿功能，也是在纤芯镀上铬和金属沉积一层石墨烯来修饰光栅表面。2017年Abdulyezir A.Badmos采用80m直径的包层利用长周期光纤光栅的双峰结构来测量折射率和葡萄糖浓度，该传感器在长周期光栅上进行硅烷共价结合的方法将酶官能团固定在光纤光栅上与葡萄糖分子进行反应，最终来测得葡萄糖浓度，该传感器的折射率和葡萄糖浓度的灵敏度分别为4298.20nm/RIU和4.6696nm/％。这些传感器要么设计特殊结构要么在光栅上镀一层膜，能对葡萄糖浓度进行测量，但在经济成本方面都比较贵，并且是采用的酶反应，反应不可逆，更加加大成本，也不利于市场的形成。

因此，需要一种能有效地能够重复多次测量葡萄糖浓度及其它生物分子浓度的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于飞秒激光刻写的长周期光纤光栅的葡萄糖浓度检测方法，包括以下步骤：

步骤一：利用飞秒激光器的飞秒激光在单模光纤上逐点刻写长周期光纤光栅；

步骤二：在刻写好的长周期光纤光栅上分别滴上不同浓度的葡萄糖溶液；

步骤三：采用宽带光源作为光源，当宽带光源进入长周期光纤光栅时，长周期光纤光栅由于结构的原因会产生透射谱，光谱仪采集并分析所述长周期光纤光栅的透射谱，从而实现葡萄糖浓度的测量。

在步骤一中，所述飞秒激光中心波长为800nm，脉冲宽度为200fs，最大能量为4μJ，脉冲重复频率为250kHz。通过调整激光可以刻写出不同的长周期光纤光栅。

优选地，所述飞秒激光采用美国IMRA公司Femtolite系列激光器。

其中，所述长周期光纤光栅的灵敏度可以通过控制光栅的周期来得到。具体地，通过设置光纤的曝光时间和移动速度可得到周期和光栅长度不同的光纤光栅，进而得到不同的折射率灵敏度。

其中，所述单模光纤采用美国康宁SMF28单模光纤。

在步骤三中，采用宽带光源照射所述长周期光纤光栅，宽带光源进入长周期光纤光栅，根据长周期光纤光栅对光源的透射特性，可以得出所述长周期光纤光栅的透射谱图。