聚合物—石英复合光纤荧光传感器的制备及其应用
发布时间：2020-08-19 13:06
【摘要】：基于倏逝场调制原理的光纤传感器具有设备体积小、制备过程简单、可以远程操作、抗电磁干扰能力强等优点。其中,将特定的聚合物包层材料与石英光纤结合制备的复合光纤传感器,既可以实现对光纤中传输光信号的光强和偏振态进行调制,也可以实现传输光对聚合物材料光学性质的调控。目前,使用聚合物-石英复合光纤制作的针对小分子的荧光检测光纤探针已经被广泛应用并具有良好的检测范围和检测灵敏度。出于简化制备过程以及提高结构稳定性等方面的考虑,本论文工作选择了光纤锥结构来制备复合光纤探针。首先根据理论设计合成了可以用来制作复合光纤的偶氮苯聚合物,并对其与光纤传输光之间的相互作用进行了研究。之后,又探索了光纤锥的制作工艺,得到性能优异的待复合光纤锥结构,在荧光聚合物与光纤锥复合制备聚合物-石英复合光纤荧光传感器后,通过不同聚合物荧光材料的荧光响应性完成各种特殊化合物的检测。在复合过程中,由于聚合物有机材料和光纤无机石英材料之间的不相容性,在聚合物和石英光纤之间的界面处存在着相分离的问题。为解决这一问题,本论文提出了光镀方法,即通过对预聚液折射率和光聚合反应条件的理论设计后,利用光纤表面产生的倏逝场引发预聚液的光化学反应,在光纤表面通过化学键连接的方式进行聚合物与石英光纤的复合。得到具有特殊荧光响应性的稳定复合光纤锥探针后,论文探索了聚合物-石英复合光纤锥荧光传感器在TNT蒸气检测和生物参数检测方面的应用,并初步探索了复合光纤传感探针在血液检测和胃癌检测中的应用。相关研究工作的具体内容和主要结果如下:1、合成了含有聚倍半硅氧烷(POSS)和偶氮苯单元的三元共聚物,并制备了偶氮苯聚合物-石英复合光纤偏振器,利用偶氮苯聚合物的光致异构和光致取向对复合光纤中传输光光强和偏振态进行调制,并通过控制所涂覆的偶氮苯聚合物的折射率大小精确控制复合光纤中光学信号的调制范围,同时为进一步开展聚合物-石英复合光纤的研究奠定了理论和实验技术的基础。2、探索了光纤锥的制作工艺,得到性能稳定的光纤锥结构。在光纤锥表面通过化学反应接上可进行“点击”聚合的功能团,使其能够参与倏逝场引发预聚液进行的“点击”聚合,通过巯基-烯(thiol-ene)反应将聚合物包层键接到光纤表面,形成聚合物-石英复合光纤所要求的波导结构。为了实现具体的应用,在光纤锥表面通过光聚合反应镀上含有四乙烯基卟啉衍生物的交联多孔聚合物层,使其能够对爆炸物TNT蒸气进行检测,得到了预想的检测结果。3、设计合成了含有双键的荧光素类响应分子,并基于“点击”反应机理将其结合到聚合物包层中去,再结合实验室己建立的光纤荧光传感系统,实现了对生物组织pH等参数的检测。4、初步探索了聚合物-石英复合光纤锥探头的制备及其在血液检测和胃癌检测方面的应用。首先对聚合物-石英复合光纤锥探针进行保护,之后将其与待测生物样品接触,利用光谱分析仪对检测到的荧光进行分析,得到待测样品的荧光光谱信息,再根据不同生物样品之间的荧光信号差异,实现聚合物-石英复合光纤锥荧光传感器在医疗检测方面的具体应用。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TP212
【图文】：
数值孔径越大，光纤的集光能力越强，入射角范围也就越宽。一般，石英光纤的逡逑ＮＡ邋在邋０．２￣０．４。逡逑如图１．２，按光纤模式分类，石英光纤可以分为单模光纤和多模光纤，两者中逡逑光的传播途径和方式不同，主要差别在于：逡逑１、单模光纤纤芯通常比较小（直径仅有几微米），只能传输－个空间模式（不逡逑考虑该模式包含两个不同的偏振方向），该模式形状大多数情况下为高斯型。改逡逑变入射条件仅仅会改变射入光纤中导模的强度，而从光纤中出射光的空间分布是逡逑２逡逑
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本文编号：2797124
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TP212
【图文】：
数值孔径越大，光纤的集光能力越强，入射角范围也就越宽。一般，石英光纤的逡逑ＮＡ邋在邋０．２￣０．４。逡逑如图１．２，按光纤模式分类，石英光纤可以分为单模光纤和多模光纤，两者中逡逑光的传播途径和方式不同，主要差别在于：逡逑１、单模光纤纤芯通常比较小（直径仅有几微米），只能传输－个空间模式（不逡逑考虑该模式包含两个不同的偏振方向），该模式形状大多数情况下为高斯型。改逡逑变入射条件仅仅会改变射入光纤中导模的强度，而从光纤中出射光的空间分布是逡逑２逡逑
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本文编号：2797124
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