一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可集成的微型葡萄糖濃度檢測的高靈敏度傳感結構，具體涉及一種微型石英空心管復合光纖結構。
【背景技術】
[0002]近年來，基于倏逝場效應和表面等離子共振效應的微納米尺寸的光纖傳感結構具有體積小、重量輕、靈敏度高、不受電磁干擾的優點，被用于測量折射率、速度、壓力、應變、氣體濃度、液體濃度，并且在生物、化學和環境檢測領域受到廣泛的關注。葡萄糖濃度檢測是人體健康監測和疾病診斷的重要手段，目前醫學上常用的葡萄糖濃度檢測器件存在檢測時間長、靈敏度低、智能化程度低的缺點。本發明提出了一種用于葡萄糖濃度檢測的微型石英空心管-金球復合光纖結構，既可以獲得很高的靈敏度，實現葡萄糖濃度的快速檢測，又可以集成在微芯片上，實現葡萄糖濃度的智能化檢測。

【發明內容】

[0003](一)、要解決的技術問題
本發明解決了目前醫學上常用的葡萄糖濃度檢測器件存在檢測時間長、靈敏度低、智能化程度低的問題，提供了一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構。
[0004](二)、技術方案
為了達到上述目的，本發明提出了一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構，采用的技術方案是:可見光光源I發出的寬束光經過耦合透鏡6聚焦后變為窄束光進入密封腔2，葡萄糖溶液經由進液管口 4進入，由出液管口 5流出，微米石英空心管11和微米金球10由第一隔離套管8和第二隔離套管9支撐固定在密封腔2內，窄束光進入微米石英空心管11和微米金球10產生倏逝場，與葡萄糖溶液作用，攜帶葡萄糖濃度信息的光信號經由輸出透鏡7聚焦出射，到達探測器3，獲得葡萄糖濃度和光功率的關系。
[0005]上述方案中，所述的可見光光源I為輸出光波長為532nm的激光二極管，探測器3為靈敏度1pW的光電二極管探測器、，微米石英空心管11的內徑為2 μ m、外徑為3 μ m，微米金球10直徑為2 μ m，第一隔離套管8和第二隔離套管9的材料為二氟化鎂晶體。
[0006](三)、有益效果
與現有技術相比，本發明的有益效果是
1)本發明中的入射光進入微米石英空心管11會產生倏逝場，入射光到達微米金球10表面產生表面等離子共振效應，會使倏逝場增強，從而更易感知葡萄糖濃度的變化，提高了傳感器的靈敏度，比傳統葡萄糖濃度檢測儀高1000倍，可以實現對血液和體液內葡萄糖濃度的檢測；
2)本發明提出的微型復合光纖結構既可以獲得葡萄糖濃度的高靈敏度和快速檢測，同時，該結構的尺寸在微米量級，可以集成在可植入人體的微生物芯片上，實現體內健康信息的實時、全天候智能化監測。
【附圖說明】
[0007]圖1為一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構的工作原理圖。
[0008]圖2為水和5%_30%濃度的葡萄糖溶液對應的光譜強度變化曲線。
[0009]圖3為光功率隨葡萄糖溶液濃度的變化曲線。
【具體實施方式】
[0010]下面通過【具體實施方式】闡明本發明的實質特點和顯著進步。
[0011]一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構，與傳統葡萄糖濃度檢測結構相比，采用光學傳感方法實現了葡萄糖濃度的快速檢測，選取微米尺寸的石英空心管和金球作為傳感元，并引入倏逝場效應和表面等離子共振效應來提高傳感器靈敏度。其中，倏逝場效應指的是光入射到亞波長介質波導結構中時，光波不會完全局限在波導中傳輸，而會逸出到波導外側，并在波導周圍形成一層光場包絡，即光學倏逝場。該倏逝場由于與波導外部環境直接接觸，因而會將波導外部環境參數變化的信息反映到在沿波導傳輸的光信號變化上，從而實現對外部環境參數的檢測。除此之外，本發明還應用到另外一種效應，即表面等離子共振效應。這種效應的產生是由于光入射到微納米金屬結構上時，入射光的光子會與金屬表層的自由電子發生共振，該共振條件與金屬結構周圍介質的變化緊密相關。因而可以利用金屬結構表面產生的表面等離子共振效應來實現對外部環境參數的檢測。本發明中將倏逝場效應和表面等離子共振效應相結合，光入射到金球表面產生的表面等離子共振會使光入射到石英空心管內產生的倏逝場效應增強，從而提高石英空心管復合光纖結構檢測葡萄糖濃度的靈敏度。
[0012]本發明的實施方式如下，可見光光源I發出的寬束光經過耦合透鏡6聚焦后變為窄束光進入密封腔2，葡萄糖溶液經由進液管口 4進入，由出液管口 5流出，微米石英空心管11和微米金球10由第一隔離套管8和第二隔離套管9支撐固定在密封腔2內，窄束光進入微米石英空心管11和微米金球10產生倏逝場，與葡萄糖溶液作用，攜帶葡萄糖濃度信息的光信號經由輸出透鏡7聚焦出射，到達探測器3，獲得葡萄糖濃度和光功率的關系。其中，可見光光源I為輸出光波長為532nm的激光二極管，探測器3為探測靈敏度1pW的光電二極管探測器。微米石英空心管11的內徑為2 μπκ外徑為3 μπι，微米金球10的直徑為
2μ m，在具體實施過程中需要根據微納米制造工藝和技術設備來選取合適尺寸。第一隔離套管8和第二隔離套管9的材料為二氟化鎂晶體。
[0013]圖2所示為水和濃度為5%_30%濃度葡萄糖的出射光譜功率變化曲線，結果表明，利用本發明的微型石英空心管復合光纖結構可以連續測量葡萄糖濃度的變化。其中，出射光譜上存在透射峰Pl和透射峰P2，透射峰Pl和透射峰P2的功率均隨著葡萄糖濃度的增大而逐漸增大。圖3所示為透射峰P2的峰值功率隨葡萄糖溶液濃度的線性變化關系，結果表明，利用本發明的微型石英空心管復合光纖結構，對葡萄糖濃度檢測的靈敏度可以達到
5.6 μ mol/L0
【主權項】
1.一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構，包括可見光光源1、密封腔2、探測器3、進液管口 4、出液管口 5、耦合透鏡6、輸出透鏡7、第一隔離套管8、第二隔離套管9、微米金球10、微米石英空心管11，其特征在于:可見光光源I發出的寬束光經過耦合透鏡6聚焦后變為窄束光進入密封腔2，窄束光進入密封腔2檢測葡萄糖濃度后，經由輸出透鏡7聚焦出射，到達探測器3，獲得葡萄糖濃度和光功率的關系。
2.根據權利要求1所述的一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構，其特征在于:可見光光源I為輸出光波長532nm的激光二極管，微米金球10的直徑為2 μπι，微米石英空心管11的長度內徑為2 μm、外徑為3 μm，微米石英空心管11由二氟化鎂晶體構成的第一隔離套管8和第二隔離套管9支撐固定在密封腔2內，葡萄糖溶液經由進液管口4進入，由出液管口 5流出，探測器3為光電二極管探測器、靈敏度為1pl
【專利摘要】本發明公開了一種檢測葡萄糖濃度的微型石英空心管復合光纖結構，包括可見光光源1、密封腔2、探測器3、進液管口4、出液管口5、耦合透鏡6、輸出透鏡7、第一隔離套管8、第二隔離套管9、微米金球10、微米石英空心管11。本發明利用光入射到微米石英空心光纖產生的倏逝場效應和光入射到微米金球表面產生的表面等離子體共振效應來提高傳感器靈敏度。實驗結果表明，利用該結構可以連續測量葡萄糖濃度的變化，具有良好的線性特性，濃度檢測的靈敏度可以達到5.6μmol/L，可以實現對血液和體液內葡萄糖濃度的檢測。同時，該結構可以集成到微型芯片中，減小安裝設備所需的空間。
【IPC分類】G01N21-17
【公開號】CN104833635
【申請號】CN201510194633
【發明人】李晉, 張亞男, 陳飛
【申請人】東北大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月23日