基于微结构光纤干涉式微流传感器的初步研究

发布时间：2020-05-20 14:05

【摘要】：微结构光纤,因其微流体路径与光路集成在同一根光纤中,而被广泛应用于光流控器件领域。微流控光学是现代光学、光电子学与微流控技术相结合而形成的新型交叉前沿学科与技术,在微观尺度上操控流体来调节系统的光学或光电子学特性,并研究微流控系统中的光学现象。本文提出一种中空双芯微结构光纤,该光纤具备一个中间孔微流通道、一个悬挂在孔内的悬挂芯和一个包埋在包层中的纤芯。利用该中空微结构光纤制备出一种干涉式微流传感器,结合链霉亲和素-生物素信号放大系统在生物检测中的优势,在实验中验证了中空双芯微结构光纤干涉式微流传感器在生物检测中的良好应用。论文首先在理论上研究了中空双芯微结构光纤的传感原理,阐述了链霉亲和素-生物素信号放大系统的结合原理,其次在实验上利用中空双芯微结构光纤干涉式微流传感器在线检测生物素浓度,并分析与讨论了实验结果。具体来说,本文分为以下三个部分内容:(1)在研究了微结构光纤传感器的制备原理及方法的基础上,根据现有的实验条件,制备了中空双芯光纤干涉式微流传感器。分析中空双芯光纤干涉式微流传感器的折射率传感理论,并将其作为探测器件,经过测量NaCl溶液折射率的改变,得知了该传感器的折射率灵敏度为2577 nm/RIU。(2)在了解链霉亲和素与生物素的基本性质,以及各种链霉亲和素-生物素系统的结合原理及应用方法的基础上,分析了该放大系统的优点,最后选择其中一种链霉亲和素与生物素的结合方式,并将其与微结构光纤传感器相结合。(3)将双芯微结构光纤干涉式微流传感器应用于在线动态检测生物素浓度是全文的核心所在,其中包括将链霉亲和素结合在空心光纤悬挂芯表面,利用链霉亲和素捕获生物素,对生物素浓度进行在线检测等,实验证明该传感器可以免标记检测浓度范围为0.01-0.1 mg/mL的生物素分子,净生物素检测灵敏度为16.9 nm/(mg/mL),最小检测浓度为3x10~(-3) mg/mL。此外,生物素可以连接多种生物大分子,如蛋白质、核酸、多糖和脂质,因为每分子链霉亲和素可以绑定四分子的生物素,这一特性可用于构建一个多层次信号放大系统。因此,该检测装置可应用在对抗原、抗体、细胞、霉菌等生物样品的定量和定性在线检测方面。
【图文】：

光子晶体光纤

哈尔滨工程大学硕士学位论文光子带隙效应，光被限制在空气芯中。当 PCF 的空气芯被其他材料填充时，也可以用作调制光场与物质相互作用的通道。通过向孔中注入不同的材料，由和包层之间的折射率差异，横向模式会发生变化[4-5]。这些特性使 PCF 便于与，生化传感器甚至分子检测器相结合。

空间分布,特殊结构,光纤,基本材料

图 1.1 光子晶体光纤[6]芯光纤殊波导结构的 MOF 是光纤集成光学的基本材料。它是构建光纤其中，多芯光纤(Multi Core Fiber，简称 MCF)成为了研究热点，F 的光波导进行了研究与构建。例如，集成干涉仪的开发需要双 MCF 可用于并联多波长集成光纤激光器。功能性的光纤可以为研究提供基本材料。根据MCF的纤芯分布，可将其分成用于光束分离的 MCF。光束控制的多芯光纤光学系统中，波导阵列可用于控制具有衍射特性的光学波前[7]。中布置多个纤芯，则可以通过波导之间的相互耦合来实现对光场之间的耦合，可以拓宽输入光的空间分布[8]。图 1.2 展示了几种纤，如线性阵列多芯光纤、环形阵列多芯光纤。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN253;TP212

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