【摘 要】
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与已商业化的棱镜型SPR传感器相比,光纤SPR传感器具有体积小、可遥感测量、方便置于狭小空间等优点,所以在医学、生物学、化学、食品安全检查、机械结构监测等领域都具有广泛的应用。但因其传感基底为光纤,SPR入射角度不好控制,普通光纤SPR传感器的灵敏度远低于棱镜型SPR传感器。而其传感灵敏度受传感基底、传感膜、全反射角度以及待测环境的影响。为此,本文在其传感结构的基础上,分别就纤芯型、包层型以及附加
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与已商业化的棱镜型SPR传感器相比,光纤SPR传感器具有体积小、可遥感测量、方便置于狭小空间等优点,所以在医学、生物学、化学、食品安全检查、机械结构监测等领域都具有广泛的应用。但因其传感基底为光纤,SPR入射角度不好控制,普通光纤SPR传感器的灵敏度远低于棱镜型SPR传感器。而其传感灵敏度受传感基底、传感膜、全反射角度以及待测环境的影响。为此,本文在其传感结构的基础上,分别就纤芯型、包层型以及附加调制层型三类光纤SPR传感器结构进行了增敏研究,并在此基础上筛选合适的光纤SPR传感器进行生化传感应用测试,具体工作包括:1.纤芯型光纤SPR传感器增敏研究以折射率选择范围较大的紫外固化胶填充中空的毛细管光纤构成纤芯折射率相对可控的特种光纤,并利用该特种光纤通过腐蚀镀膜制作纤芯型光纤SPR传感器。通过选择纤芯折射率可以实现纤芯型光纤SPR传感器的增敏以及高折射率溶液的检测。研究结果表明,当纤芯折射率较小时,纤芯型光纤SPR传感器的灵敏度得到明显提升,其折射率传感灵敏度可增至3233.93nm/RIU。当纤芯折射率较大时,因传感器的动态范围蓝移,同一检测波段可容纳更多共振曲线,即可实现高折射率溶液的检测。2.包层型光纤SPR传感器增敏研究利用光纤微球结构激发光纤的包层模式,令在纤芯中传输的光进入光纤包层,在光纤微球之后的包层外侧直接镀制传感金膜,即可构成包层型光纤SPR传感器。通过研究光纤微球参数对包层型光纤SPR传感器传感性能的影响可实现包层型光纤SPR传感器的增敏效果,其灵敏度可增至3637.06nm/RIU。3.附加调制层型光纤SPR传感器增敏研究将金属纳米粒子置于传感金膜外侧作为调制层,利用其局域表面等离子特性进行电场增强从而达到光纤SPR传感器的增敏效果。将类石墨烯二维材料Ti3C2-MXene分别置于传感金膜的内侧和外侧,加固传感金膜并起到灵敏度增强的作用。通过Ti3C2-MXene表面丰富的官能团,利用金纳米粒子和二维材料对光纤SPR传感器进行复合修饰,进一步提升光纤SPR传感器的传感灵敏度,其折射率传感灵敏度可增至5071.14nm/RIU,约是纯金膜传感器灵敏度的2.5倍。4.光纤SPR传感器生化传感应用研究对本文设计和制作的各类光纤SPR传感器进行性能筛选和稳定性测试。最终选择微球型光纤SPR传感器进行重金属离子汞离子的检测,通过硫醇的特异性修饰,可利用微球型光纤SPR传感器进行汞离子浓度的特异性检测,其最低检测限为20.75p M。因金纳米粒子有助于生物蛋白抗体的结合,选择金纳米粒子和Ti3C2-MXene复合修饰的光纤SPR传感器进行生长分化因子GDF11的检测。通过先后修饰葡萄球菌蛋白,GDF11抗体,使光纤SPR传感器功能化,最低可检测浓度为0.202pg/L的GDF11溶液。
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