專(zhuān)利名稱(chēng)：多路同軸可調(diào)節(jié)光纖生化傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熒光檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多通道，同軸，可調(diào)節(jié)生化檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常的生化檢測(cè)都要進(jìn)行樣本采集和添加試劑，但是在采集樣本的過(guò)程中就難免會(huì)產(chǎn)生交叉污染的問(wèn)題，從而就會(huì)對(duì)檢測(cè)的結(jié)果產(chǎn)生影響；而添加試劑就對(duì)工藝有比較高的要求。樣本的采集還會(huì)破壞樣品的完整性。目前的檢測(cè)系統(tǒng)在比較嚴(yán)格的環(huán)境下才能達(dá)到比較理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多路同軸可調(diào)節(jié)光纖生化傳感器，該傳感器探測(cè)過(guò)程中不需要添加試劑，避免產(chǎn)生交叉污染；不會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生損傷，對(duì)環(huán)境的要求低。該傳感器不僅能實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)檢測(cè)，而且能提高收集信號(hào)的信噪比和避免通道之間的串?dāng)_。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是利用導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管與特種光纖的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多路同軸熒光檢測(cè)。將導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管套在特種實(shí)心光纖的外面，提供激發(fā)光的光源與特種光纖連接，光信號(hào)輸入特種光纖。激發(fā)光經(jīng)過(guò)特種光纖到達(dá)待測(cè)物體表面，從而激發(fā)熒光。利用導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管進(jìn)行熒光的收集，再經(jīng)導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管將熒光信號(hào)傳遞回檢測(cè)裝置，從而達(dá)到對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)的目的。對(duì)多個(gè)這樣的光路進(jìn)行設(shè)計(jì)，就可以達(dá)到多路同軸光纖熒光檢測(cè)的目的。本發(fā)明設(shè)計(jì)的是一個(gè)七通道的檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)特種光纖的端面進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理，將其端面制作為球狀透鏡的結(jié)構(gòu)，使通過(guò)球狀透鏡的光能夠發(fā)散，在到達(dá)待測(cè)物質(zhì)表面后可以有大的照射面積。檢測(cè)時(shí)利用光纖的柔韌性將各路分開(kāi)，這樣可以避免各路的光信號(hào)產(chǎn)生串?dāng)_。如圖 2、8所示。特種光纖和導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管的分離方式利用飛秒激光器的光脈沖在導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管的管壁上做一個(gè)直徑略大于特種光纖直徑的傾斜圓孔，以便于特種光纖在導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管中分離出來(lái)，使導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管和實(shí)心光纖分別連接探測(cè)設(shè)備和光源。本發(fā)明的效果和益處是在實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)的同時(shí)，而且能夠避免通道之間的串?dāng)_。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)時(shí)采集熒光信號(hào)，速度快、時(shí)間短，對(duì)生物體損傷小。


圖1是多路同軸光纖熒光檢測(cè)系統(tǒng)單路系統(tǒng)圖。圖中1熒光檢測(cè)儀；2光纖激光器。圖2是單個(gè)通道傳感系統(tǒng)傳感元件結(jié)構(gòu)圖。圖3是單個(gè)通道傳感系統(tǒng)傳感元件剖面圖。圖4、5是實(shí)心光纖與導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管分離方法示意圖。
圖6是單個(gè)通道激發(fā)和收集熒光示意圖。圖中箭頭表示光的傳播方向。圖7是光纖、濾光片、透鏡的組合示意圖。圖8是不同的伸縮性的傳感頭激發(fā)示意圖和通道間的光線傳輸示意圖。圖9、10是七通道系統(tǒng)示意圖。圖中外部套管是玻璃管，起到固定光纖和保護(hù)系統(tǒng)的作用。并且利用光纖的柔韌性，多條通道中的導(dǎo)光型毛細(xì)管和特種光纖可以利用耦合器進(jìn)行耦合，這樣就可以共用一個(gè)光源和同一個(gè)熒光檢測(cè)儀。圖11是導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管耦合方式示意圖。圖12是光纖的耦合方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。1.制備工藝(1)對(duì)特種光纖的端面利用研磨技術(shù)進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理，將其端面制作為球狀透鏡的結(jié)構(gòu)，使通過(guò)球狀透鏡的光能夠發(fā)散，在到達(dá)待測(cè)物質(zhì)表面后可以有大的照射面積，能夠激發(fā)多的熒光。利用光纖的柔韌性將各個(gè)探測(cè)光路分開(kāi)可以避免各路的光信號(hào)產(chǎn)生干擾。 為了激發(fā)和收集較多的熒光信號(hào)，對(duì)光纖端面上要進(jìn)行處理。將端面利用研磨技術(shù)研磨成為球狀透鏡的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榍驙钔哥R的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)光線的發(fā)散。我們的結(jié)構(gòu)采用是直徑為 124 μ m的特種光纖和內(nèi)徑為153 μ m、外徑為320 μ m的導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管。在研磨之前，必須對(duì)球狀透鏡的參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)分析，決定球狀透鏡參數(shù)的因素特種光纖超出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面的長(zhǎng)度、傳感頭與待測(cè)物質(zhì)的距離、特種光纖的直徑、導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管的內(nèi)徑和外徑等。如果傳感頭與待測(cè)物質(zhì)的距離為L(zhǎng)，光纖直徑為R，導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管內(nèi)徑為D1、外徑為D2，特種光纖超出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面的長(zhǎng)度為H ；其中在傳感頭做好以后，特種光纖直徑和導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管內(nèi)外徑不變，可以改變的是特種光纖超出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面的長(zhǎng)度、傳感頭與待測(cè)物質(zhì)的距離；那么我們可以利用改變特種光纖超出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面的長(zhǎng)度、傳感頭與待測(cè)物質(zhì)的距離來(lái)調(diào)節(jié)熒光的激發(fā)和收集，以應(yīng)對(duì)不同的探測(cè)條件。當(dāng)特種光纖超出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面的長(zhǎng)度、傳感頭與待測(cè)物質(zhì)的距離、球狀透鏡的發(fā)散角匹配得當(dāng)，并且利用光纖的柔韌性在測(cè)量的時(shí)候?qū)€(gè)通道分開(kāi)就可以避免通道間的串?dāng)_。如圖2、8所示。(2)光纖和導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管的分離，可以利用飛秒激光器來(lái)完成。利用飛秒激光器在導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管壁上制作出一個(gè)與實(shí)心光纖直徑相當(dāng)?shù)姆叫位驁A形的孔。 通過(guò)這個(gè)孔就可以將兩者分開(kāi)。如圖4、5所示。2.操作激發(fā)光打在被測(cè)物質(zhì)上，被測(cè)物質(zhì)中的分子、原子吸收激發(fā)光的能量后，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。該高能級(jí)是不穩(wěn)定的，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，分子、原子自發(fā)的從非穩(wěn)態(tài)的高能級(jí)躍遷到穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的較低能級(jí) ，同時(shí)發(fā)出一個(gè)光子。不同的原子、分子的能級(jí)是固定的，因此它們發(fā)出的光子能量是一定的，即波長(zhǎng)一定。我們只要測(cè)出該熒光的波長(zhǎng)，即可以識(shí)別所測(cè)物質(zhì)的元素和成份，而比較熒光強(qiáng)度，我們可以測(cè)出它的含量。
圖1中光纖激光器2與特種實(shí)心光纖連接，激光信號(hào)輸入特種實(shí)心光纖，經(jīng)過(guò)實(shí)心光纖的傳輸，當(dāng)光到達(dá)光纖端面時(shí)，由于光纖端面是一個(gè)微型的球面透鏡的結(jié)構(gòu)，使通過(guò)球狀透鏡的光能夠發(fā)散，在到達(dá)待測(cè)物質(zhì)表面后可以有大的照射面積，通過(guò)對(duì)特種光纖超出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面的長(zhǎng)度、傳感頭與待測(cè)物質(zhì)的距離的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的傳感頭的效果，從而使激發(fā)光可以照射不同大小面積的物質(zhì)，以應(yīng)對(duì)不同的探測(cè)條件。激光信號(hào)到達(dá)待測(cè)物質(zhì)表面時(shí)所激發(fā)的熒光 信號(hào)，經(jīng)套在實(shí)心光纖外面的導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管的芯層將熒光信號(hào)傳遞回?zé)晒鈾z測(cè)儀1。導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管的涂覆層是深棕色的，這樣可以避免因熒光泄露引起的通道間的串?dāng)_，從而達(dá)到對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)的目的。熒光的激發(fā)和收集如圖6、7、8所示。3.信號(hào)采集在信號(hào)收集的過(guò)程當(dāng)中，由于熒光往往很弱，如果不把它從激發(fā)光里分離出來(lái)，它會(huì)被激發(fā)光完全淹沒(méi)。從熒光產(chǎn)生原理可知，熒光的波長(zhǎng)大于激發(fā)光的波長(zhǎng)。我們?cè)诠庾V探測(cè)儀前面放一個(gè)濾光片、透鏡的組合，而且濾波片的截止波長(zhǎng)稍大于激發(fā)光波長(zhǎng)。這樣， 只有熒光才能被光譜探測(cè)儀采集。這種方法的另一個(gè)好處是可以慮掉一部分雜散光，提高探測(cè)的精度。如圖7所示。在收集的熒光信號(hào)在導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管中傳輸時(shí)，光信號(hào)傳輸?shù)綄?dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面時(shí)，光信號(hào)會(huì)近似高斯形式發(fā)散，發(fā)散的光信號(hào)到達(dá)準(zhǔn)直透鏡端面后，形成平行光束。平行光束經(jīng)過(guò)濾波片后，低于濾波片截止波長(zhǎng)的激發(fā)光被濾掉，而激發(fā)的熒光波長(zhǎng)高于濾波片的截止波長(zhǎng)所以熒光信號(hào)可以通過(guò)濾波片，現(xiàn)在光信號(hào)中的成分主要是激發(fā)的熒光信號(hào)。經(jīng)過(guò)濾波片以后光信號(hào)到達(dá)耦合透鏡，耦合透鏡將通過(guò)濾波片的平行光束耦合進(jìn)導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管芯層。最后傳輸?shù)綗晒鈾z測(cè)儀并對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可以得到高的分辨率和探測(cè)精度。
權(quán)利要求
1. 一種多路同軸可調(diào)節(jié)光纖生化傳感器，該系統(tǒng)包含光源、探測(cè)元件、熒光檢測(cè)儀，其特征是光源為一光纖激光器光源，多通道共用；球狀透鏡結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的傳感頭；外形是導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管套在特種實(shí)心光纖的外面的同軸波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；多通道探測(cè)元件是多通道同軸探測(cè)。
全文摘要
多路同軸可調(diào)節(jié)光纖生化傳感器，屬于熒光檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是它的探測(cè)可以依靠熒光探測(cè)，采用導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管套在特種實(shí)心光纖的外面的結(jié)構(gòu)，外形是同軸波導(dǎo)。系統(tǒng)中所采用的光纖為特種光纖，光纖直徑比較細(xì)。導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管內(nèi)徑大于實(shí)心光纖直徑，將實(shí)心光纖置于導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管內(nèi)部。而且實(shí)心光纖有一小段突出導(dǎo)光型彈性石英毛細(xì)管端面，并且對(duì)實(shí)心光纖端面進(jìn)行微處理，做成微型柱面透鏡，得到比較大的發(fā)散角，以達(dá)到激發(fā)可能多的熒光。本發(fā)明的效果和益處是在實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)的同時(shí)，而且能夠避免通道之間的串?dāng)_。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)時(shí)采集熒光信號(hào)，速度快、時(shí)間短，對(duì)生物體損傷小。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102323245SQ201110146420
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者張信普, 彭偉, 荊振國(guó) 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)