[发明专利]一种基于电场耦合的光纤SPR传感器

说明书

本发明公开了一种基于电场耦合的光纤SPR传感器，该光纤SPR传感器通过设置参考通道和传感通道双通道，具有的高灵敏度、消除非特异性吸附造成的测量误差和对温度不敏感的独特优势；另外双通道的两个SPR共振谷相互分离，以确保它们在检测过程中不会相互产生不利影响，使其更有利于生物传感。因此本发明解决了现有技术中的传感器灵敏度低、易受液体折射率变化和温度波动影响的问题，非常适于在生物传感等领域广泛推广。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及SPR生物传感器，尤其涉及一种基于电场耦合的光纤SPR传感器。

背景技术

Surface Plasmon Resonance(SPR)，中文名称为表面等离子体共振，它是一种常见的光学现象，它是指光波导中某一特定波长的入射光照射到金属(如金或银)薄膜时，光波就会与金属表面产生的等离子体波发生共振，称之为表面等离子体共振(SPR)效应。SPR效应会使反射光的能量发生锐减，从而形成共振波谷，同时，SPR对外界折射率十分敏感，当所测溶液浓度改变，即外界溶液折射率改变时，SPR的共振波谷就会随之移动，因此，本发明通过检测SPR共振波谷的偏移量而实现生物传感。

SPR生物传感器由于其高灵敏度和生物相容性而在生物和化学检测中引起了极大的关注。根据表面等离子体波与周围生物分子之间的相互作用，导致共振角或共振波长的偏移，就可以实现外部生物分子的检测。与基于棱镜的传统SPR生物传感平台相比，光纤SPR生物传感器具有制作简单，成本低，结构小型化和抗电磁干扰等特性。然而，传统的SPR生物传感器缺乏足够的灵敏度来检测分子质量较低的生物分子，如DNA和较低浓度的生物样品。另外，大多数光纤生物传感器只有一个检测通道，只能检测一种分析物，并且在检测过程中，检测结果的准确性通常会受到生物样品的非特异性吸附或外界温度波动的影响。

发明内容

为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度和精确性较低的问题，本发明公开了一种基于电场耦合的光纤SPR传感器，该双通道SPR传感器包括参考通道和传感通道，作为空白对照参考通道，检测由非待测量引起的波长移动量；传感通道利用MgF₂薄膜和金膜与金纳米粒子之间的耦合效应增强局域电场强度来提高传感器的检测灵敏度，在镀有MgF₂薄膜和金膜的光纤传感器的表面通过共价键结合方法来固定金纳米粒子。周围介质折射率变化引起共振波长漂移，根据光谱仪上显示的共振波长的移动量来实现抗原高灵敏度的测量；基于电场耦合的光纤SPR传感器中两个通道分别使用不同的金属膜，从而产生两个共振谷，实现双通道传感。具体结构包括：参考通道和传感通道，所述参考通道和传感通道通过单模光纤相熔接；

所述参考通道包括第一侧边抛磨光纤，所述第一侧边抛磨光纤的表面设置有金膜；所述传感通道包括第二侧边抛磨光纤，所述第二侧边抛磨光纤的表面从内到外依次是氟化镁薄膜和第一金膜，所述第一金膜的表面固定有多层金纳米粒子。

进一步的，所述第一侧边抛磨光纤和第二侧边抛磨光纤的长度为2-3cm、直径为100-150um。

进一步的，所述第一侧边抛磨光纤和第二侧边抛磨光纤的侧边抛磨光纤横截面为弦形、其弦长为5～12.5um。

进一步的，所述第一侧边抛磨光纤表面的金膜的厚度为40～60nm。

进一步的，第二侧边抛磨光纤的表面的氟化镁薄膜的厚度为100nm-300nm，第一金膜的厚度为40～60nm。

所述金纳米粒子的层数为2～4层。