本發(fā)明屬于光纖傳感器技術領域，特別涉及一種光纖光柵(fbg：fiberbragggrating)諧振生物傳感器。

背景技術：

生物傳感器不僅促進了生物技術的突飛猛進，而且為人類的疾病診斷、治療及預防提供了高效便捷的方法，但同時也面臨全新的挑戰(zhàn)。生物傳感器按照基于電化學或光學傳感的原理，可分為電化學和光學兩大類，傳統(tǒng)生物傳感器基本為分立器件結構、體積大、結構復雜、穩(wěn)定性和抗干擾性差，同時靈敏度較差。如何對組織、細胞、生活活性分子提供即時、在線、準確和全面的分析已經成為生物傳感技術領域的熱點問題。

光學傳感器是當分子識別元件與待測物特異結合后，能產生輸出特征光學信號(熒光、顏色變化等)。其中，光纖傳感器因其檢測物質以光纖作為傳導介質并收集信號來進行檢測，能夠適應極端惡劣環(huán)境，不受電磁干擾，耐腐蝕，傳輸信號安全，損耗低，體積小，在物理、化學、生物醫(yī)學和生命科學等多個研究領域具有廣泛的應用前景，因此設計一種全光穿輸?shù)墓饫w光柵諧振生物傳感器具有迫切的技術求。

本發(fā)明直接在在單模光纖的光柵結構基礎上制作諧振生物傳感器，將信號傳輸光路和生物檢測傳感器集成與光纖上，降低了傳感器的體積以及封裝難度，并且這種一體化封裝結構提高了檢測穩(wěn)定性和精度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有生物傳感器技術的不足，設計了一種光纖光柵諧振生物傳感器。

本發(fā)明所采取的傳感器技術方案為：

一種光纖光柵諧振生物傳感器，包括ld光源(1)、光纖定向耦合器(2)、 labview監(jiān)測平臺(3)、光纖光柵解調儀(4)、匹配液(5)、生物傳感探頭(6)、生物分子膜(7)、梯形金屬鍍膜(8)、f-p諧振腔(9)、微加工的光纖光柵(10)；所述的ld光源(1)與光纖定向耦合器的一個端口連接，定向耦合器的另一個個端口連接光纖光柵解調儀(4)，labview監(jiān)測平臺(3)連接光纖光柵解調儀(4)的另一端，光纖定向耦合器的第三個端口與生物傳感探頭(6)連接，光纖定向耦合器的第四個端口浸入匹配液(5)組成完整的生物檢測系統(tǒng)。

所述的生物傳感探頭在單模光纖的光柵結構基礎上，直接去除頂端包層，形成錐形諧振懸臂梁結構，然后在錐形諧振懸臂梁上微加工寫入光柵，形成光纖光柵諧振器件；錐形諧振懸臂梁結構長度為0.4mm至3.5mm，如圖2所示。

所述的生物傳感探頭上表面涂覆生物分子膜，生物分子膜根據(jù)檢測物質選擇，下表面鍍有梯形金屬薄膜，鍍膜材料為金。

所述的微加工的光纖光柵與光纖原有光柵構成f-p諧振腔，對反射光信號進行匹配和溫度補償。

所述的labview監(jiān)測平臺由labview2013軟件編寫，由實時顯示模塊、報警模塊、自動生成報表模塊。

所述的光纖光柵諧振生物傳感器為全光纖結構，光路和器件都由光纖集成。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明直接在單模光纖的光柵結構基礎上制作光纖光柵諧振生物傳感器，使傳感器的尺寸滿足了微型化的需求，能在細胞內實時檢測、對細胞無損傷或微損傷。

(2)本發(fā)明信號傳輸光路和光纖光柵諧振生物傳感器采用光纖一體結構，不需要考慮光耦合校準問題，結構簡單，傳感器穩(wěn)定性高。

(3)本發(fā)明光纖光柵諧振生物傳感器為全光器件，采用光激勵的方式，抗電磁干擾能力強，不需要參比電極，精度高，可靠性強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構示意圖；

圖2為本發(fā)明光纖光柵諧振生物傳感器結構示意圖；

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

如圖1所示，一種光纖光柵諧振生物傳感器，包括ld光源(1)、光纖定向耦合器(2)、labview監(jiān)測平臺(3)、光纖光柵解調儀(4)、匹配液(5)、生物傳感探頭(6)、生物分子膜(7)、梯形金屬鍍膜(8)、f-p諧振腔(9)、微加工的光纖光柵(10)；所述的ld光源(1)與光纖定向耦合器的一個端口連接，定向耦合器的另一個端口連接光纖光柵解調儀(4)，labview監(jiān)測平臺(3)連接光纖光柵解調儀(4)的另一端，光纖定向耦合器的第三個端口與生物傳感探頭(6)連接，光纖定向耦合器的第四個端口浸入匹配液(5)組成完整的生物檢測系統(tǒng)。

如圖2所示，生物傳感探頭直接在單模光纖的光柵結構基礎上，采用反應離子刻蝕技術腐蝕掉頂端的部分包層形成錐形諧振懸臂梁結構(長度為0.4mm至3.5mm)，然后在諧振懸臂梁結構上采用微加工技術寫入光柵，與單模光纖上的原有光柵構成本征f-p諧振腔；所述的生物傳感探頭上表面涂覆生物分子膜，生物分子膜根據(jù)檢測物質選擇，下表面鍍有梯形金屬薄膜，鍍膜材料為金，使錐形的光纖光柵結構偏離傳感器軸心位置，當激勵光通過光纖耦合進傳感器，激勵錐形懸臂諧振器件時，生物傳感探頭振動方向被控制，不會左右諧振；采用灰度光刻技術將生物傳感器探頭頂端的纖芯加工成三角形。

所述的微加工的光纖光柵與光纖原有光柵構成f-p諧振腔，能夠對錐形懸臂梁諧振結構上的微加工光纖光柵的發(fā)射光進行匹配和溫度補償。

所述的光纖光柵諧振生物傳感器為全光纖結構，光路和器件都由光纖集成，采用光激勵的方式，抗電磁干擾能力強，不需要參比電極，精度高，可靠性強。

所述的labview監(jiān)測平臺由labview2013軟件編寫，由實時顯示模塊、報警模塊和自動生成報表模塊組成。

本發(fā)明提出的一種光纖光柵諧振生物傳感器檢測抗體、抗原、dna等免疫生物時，主要考慮振幅a和錐形懸臂梁的品質因數(shù)q。品質因數(shù)q取決于固有頻率 f0(諧振頻率)和生物分子膜厚度d。

錐形懸臂梁的品質因數(shù)q與生物分子膜厚度d成反比和固有頻率成正比；錐形懸臂梁的振幅a與品質因數(shù)q成正比。

fbg中心波長定義：

λb＝2neffλ

λb是光纖布拉格光柵反射回來的入射光在自由空間中的中心波長；neff為有效折射率；λ為光纖布拉格光柵的周期。

經頻率調制的紅外激光由光纖定向耦合器的傳輸?shù)焦饫w光柵諧振傳感器中，錐形懸臂梁結構的光纖光柵諧振生物傳感器探頭由于鍍有梯形金屬薄膜將由于“雙膜熱效應”出現(xiàn)光熱激勵諧振，生物傳感器探頭發(fā)生諧振時，光纖光柵的中心波長由于光纖光柵周期變化而變化(光柵結構向下振動受到應力，向上振動受到拉力，周期發(fā)生變化)，被光纖光柵調制的反射信號沿光纖光路返回，f-p諧振腔會對反射的光信號進行匹配和溫度補償，然后通過光柵光纖定向耦合器入射到光纖光柵解調儀(4)，光纖光柵解調儀會將反射回來的光信號轉化為電信號傳輸?shù)絣abview監(jiān)測平臺(3)。生物分子膜與待測生物物質反應越激烈，生物分子膜的厚度會越小，生物傳感探頭的錐形懸臂梁諧振的振幅越大，生物傳感探頭上的光柵柵距受到的拉伸和擠壓程度越大，光柵受到到拉伸，光柵的周期λ變化越大，反射信號的中心波長的變化范圍越寬。反之，中心波長變化范圍越窄。中心波長變化的反射信號經過f-p諧振腔的匹配和溫度補償入射到光纖光柵解調儀(4)，光纖光柵解調儀會將反射回來的光信號轉化為電信號傳輸?shù)絣abview監(jiān)測平臺(3)。

labview監(jiān)測平臺由labview2013軟件編寫，由實時顯示模塊、報警模塊和自動生成報表模塊組成，會將傳輸來的信號解調出來并實時顯示，當光纖光柵諧振傳感器檢測值超出預設閾值，報警模塊就會自啟動并生成報表。