多路同轴可调节光纤生化传感器

摘要

多路同轴可调节光纤生化传感器，属于荧光检测技术领域。其特征是它的探测可以依靠荧光探测，采用导光型弹性石英毛细管套在特种实心光纤的外面的结构，外形是同轴波导。系统中所采用的光纤为特种光纤，光纤直径比较细。导光型弹性石英毛细管内径大于实心光纤直径，将实心光纤置于导光型弹性石英毛细管内部。而且实心光纤有一小段突出导光型弹性石英毛细管端面，并且对实心光纤端面进行微处理，做成微型柱面透镜，得到比较大的发散角，以达到激发可能多的荧光。本发明的效果和益处是在实现多通道检测的同时，而且能够避免通道之间的串扰。结构简单，成本低，实时采集荧光信号，速度快、时间短，对生物体损伤小。

权利要求

1.一种多路同轴可调节光纤生化传感器，该传感器包括光源、多个传感头、荧光检测仪，其特征是：光源为一光纤激光器光源，多通道共用；每个传感头包括特种光纤，其端面为球状透镜结构，以及导光型弹性石英毛细管；导光型弹性石英毛细管套在特种光纤的外面，在导光型弹性石英毛细管的管壁上做一个直径略大于特种光纤直径的倾斜圆孔，将特种光纤在导光型弹性石英毛细管中分离出来；多个传感头构成多通道同轴探测，并利用耦合器进行耦合。

说明书

多路同轴可调节光纤生化传感器

技术领域

[0001] 本发明属于荧光检测技术领域，涉及一种多通道，同轴，可调节生化检测系统。

背景技术

[0002] 通常的生化检测都要进行样本采集和添加试剂，但是在采集样本的过程中就难免会产生交叉污染的问题，从而就会对检测的结果产生影响；而添加试剂就对工艺有比较高的要求。样本的采集还会破坏样品的完整性。目前的检测系统在比较严格的环境下才能达到比较理想的效果。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种多路同轴可调节光纤生化传感器，该传感器探测过程中不需要添加试剂，避免产生交叉污染；不会对样品产生损伤，对环境的要求低。该传感器不仅能实现多通道同时检测，而且能提高收集信号的信噪比和避免通道之间的串扰。

[0004] 本发明所采用的技术方案是：利用导光型弹性石英毛细管与特种光纤的结合，实现多路同轴荧光检测。将导光型弹性石英毛细管套在特种实心光纤的外面，提供激发光的光源与特种光纤连接，光信号输入特种光纤。激发光经过特种光纤到达待测物体表面，从而激发荧光。利用导光型弹性石英毛细管进行荧光的收集，再经导光型弹性石英毛细管将荧光信号传递回检测装置，从而达到对样品进行检测的目的。对多个这样的光路进行设计，就可以达到多路同轴光纤荧光检测的目的。本发明设计的是一个七通道的检测系统。

[0005] 本发明主要的结构设计是：对特种光纤的端面进行微结构处理，将其端面制作为球状透镜的结构，使通过球状透镜的光能够发散，在到达待测物质表面后可以有大的照射面积。检测时利用光纤的柔韧性将各路分开，这样可以避免各路的光信号产生串扰。如图2、8所示。

[0006] 特种光纤和导光型弹性石英毛细管的分离方式：利用飞秒激光器的光脉冲在导光型弹性石英毛细管的管壁上做一个直径略大于特种光纤直径的倾斜圆孔，以便于特种光纤在导光型弹性石英毛细管中分离出来，使导光型弹性石英毛细管和实心光纤分别连接探测设备和光源。

[0007] 一种多路同轴可调节光纤生化传感器，该传感器包括光源、多个传感头、荧光检测仪。其特征是：光源为一光纤激光器光源，多通道共用；每个传感头包括特种光纤，其端面为球状透镜结构，以及导光型弹性石英毛细管；导光型弹性石英毛细管套在特种光纤的外面，在导光型弹性石英毛细管的管壁上做一个直径略大于特种光纤直径的倾斜圆孔，将特种光纤在导光型弹性石英毛细管中分离出来；多个传感头构成多通道同轴探测，并利用耦合器进行耦合。

[0008] 本发明的效果和益处是在实现多通道检测的同时，而且能够避免通道之间的串扰。结构简单，成本低，实时采集荧光信号，速度快、时间短，对生物体损伤小。

附图说明

[0009] 图1是多路同轴光纤荧光检测系统单路系统图。

[0010] 图中：1荧光检测仪；2光纤激光器。

[0011] 图2是单个通道传感系统传感元件结构图。

[0012] 图3是单个通道传感系统传感元件剖面图。

[0013] 图4、5是实心光纤与导光型弹性石英毛细管分离方法示意图。

[0014] 图6是单个通道激发和收集荧光示意图。

[0015] 图中箭头表示光的传播方向。

[0016] 图7是光纤、滤光片、透镜的组合示意图。

[0017] 图8是不同的伸缩性的传感头激发示意图和通道间的光线传输示意图。

[0018] 图9、10是七通道系统示意图。

[0019] 图中外部套管是玻璃管，起到固定光纤和保护系统的作用。并且利用光纤的柔韧性，多条通道中的导光型毛细管和特种光纤可以利用耦合器进行耦合，这样就可以共用一个光源和同一个荧光检测仪。

[0020] 图11是导光型弹性石英毛细管耦合方式示意图。

[0021] 图12是光纤的耦合方式示意图。

具体实施方式

[0022] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

[0023] 1．制备工艺：

[0024] （1）对特种光纤的端面利用研磨技术进行微结构处理，将其端面制作为球状透镜的结构，使通过球状透镜的光能够发散，在到达待测物质表面后可以有大的照射面积，能够激发多的荧光。利用光纤的柔韧性将各个探测光路分开可以避免各路的光信号产生干扰。为了激发和收集较多的荧光信号，对光纤端面上要进行处理。将端面利用研磨技术研磨成为球状透镜的结构，因为球状透镜的结构可以实现光线的发散。我们的结构采用是直径为
124μm的特种光纤和内径为153μm、外径为320μm的导光型弹性石英毛细管。在研磨之前，必须对球状透镜的参数进行仔细分析，决定球状透镜参数的因素：特种光纤超出导光型弹性石英毛细管端面的长度、传感头与待测物质的距离、特种光纤的直径、导光型弹性石英毛细管的内径和外径等。如果传感头与待测物质的距离为L，光纤直径为R，导光型弹性石英毛细管内径为D1、外径为D2，特种光纤超出导光型弹性石英毛细管端面的长度为H；其中在传感头做好以后，特种光纤直径和导光型弹性石英毛细管内外径不变，可以改变的是特种光纤超出导光型弹性石英毛细管端面的长度、传感头与待测物质的距离；那么我们可以利用改变特种光纤超出导光型弹性石英毛细管端面的长度、传感头与待测物质的距离来调节荧光的激发和收集，以应对不同的探测条件。当特种光纤超出导光型弹性石英毛细管端面的长度、传感头与待测物质的距离、球状透镜的发散角匹配得当，并且利用光纤的柔韧性在测量的时候将个通道分开就可以避免通道间的串扰。如图2、8所示。

[0025] （2）光纤和导光型弹性石英毛细管的分离，可以利用飞秒激光器来完成。利用飞秒激光器在导光型弹性石英毛细管壁上制作出一个与实心光纤直径相当的方形或圆形的孔。通过这个孔就可以将两者分开。如图4、5所示。

[0026] 2．操作：

[0027] 激发光打在被测物质上，被测物质中的分子、原子吸收激发光的能量后，从低能级跃迁到高能级。该高能级是不稳定的，经过一段时间后，分子、原子自发的从非稳态的高能级跃迁到稳态或亚稳态的较低能级，同时发出一个光子。不同的原子、分子的能级是固定的，因此它们发出的光子能量是一定的，即波长一定。我们只要测出该荧光的波长，即可以识别所测物质的元素和成份，而比较荧光强度，我们可以测出它的含量。

[0028] 图1中光纤激光器2与特种实心光纤连接，激光信号输入特种实心光纤，经过实心光纤的传输，当光到达光纤端面时，由于光纤端面是一个微型的球面透镜的结构，使通过球状透镜的光能够发散，在到达待测物质表面后可以有大的照射面积，通过对特种光纤超出导光型弹性石英毛细管端面的长度、传感头与待测物质的距离的调节可以实现可调节的传感头的效果，从而使激发光可以照射不同大小面积的物质，以应对不同的探测条件。激光信号到达待测物质表面时所激发的荧光信号，经套在实心光纤外面的导光型弹性石英毛细管的芯层将荧光信号传递回荧光检测仪1。导光型弹性石英毛细管的涂覆层是深棕色的，这样可以避免因荧光泄露引起的通道间的串扰，从而达到对样品进行检测的目的。荧光的激发和收集如图6、7、8所示。

[0029] 3．信号采集：

[0030] 在信号收集的过程当中，由于荧光往往很弱，如果不把它从激发光里分离出来，它会被激发光完全淹没。从荧光产生原理可知，荧光的波长大于激发光的波长。我们在光谱探测仪前面放一个滤光片、透镜的组合，而且滤波片的截止波长稍大于激发光波长。这样，只有荧光才能被光谱探测仪采集。这种方法的另一个好处是可以虑掉一部分杂散光，提高探测的精度。如图7所示。

[0031] 在收集的荧光信号在导光型弹性石英毛细管中传输时，光信号传输到导光型弹性石英毛细管端面时，光信号会近似高斯形式发散，发散的光信号到达准直透镜端面后，形成平行光束。平行光束经过滤波片后，低于滤波片截止波长的激发光被滤掉，而激发的荧光波长高于滤波片的截止波长所以荧光信号可以通过滤波片，现在光信号中的成分主要是激发的荧光信号。经过滤波片以后光信号到达耦合透镜，耦合透镜将通过滤波片的平行光束耦合进导光型弹性石英毛细管芯层。最后传输到荧光检测仪并对信号进行检测，可以得到高的分辨率和探测精度。