基于内壁波导型毛细管光纤的倏逝波在线生化传感器

为满足生物、化学领域对高灵敏度、微型实时在线传感器的迫切需求，本项目在新型内壁波导毛细管光纤的基础上，提出利用毛细管光纤作为载体，构造高度集成的在线倏逝波光纤生化传感器。该结构将传感反应池与毛细管光纤结构有机地集成为整体，具有高比表面积的光纤微腔结构可明显提高传感灵敏度的同时，显著缩小了传感器体积及采样量。传感系统采用熔融拉锥或毛细管光纤光栅侧面耦合技术，解决了光源及信号光的输入输出的关键问题；利用毛细管端口或在毛细管侧面开微孔作为样品出入口，利用微流驱动实时采样，样品通过敏感层与内壁波导表面的倏逝场发生作用进行传感与在线动态监测。作为该方法的具体应用之一，本项目提出在线氰化物传感检测实验方案，通过在毛细管光纤内壁表面集成CdSe纳米量子点包埋的凝胶敏感膜以实现传感。接收信号为荧光信号，传感器同时具有高灵敏、高选择性的特点，对于环境、食品、药物的生化传感与检测具有十分重要的现实意义。

本项目针对光纤传感领域对微型在线传感器的迫切需求，利用新型内壁波导毛细管光纤等具有孔道结构的光纤作为载体，构造了集成式倏逝波光纤生化传感器。项目对具有内壁波导的毛细管光纤的制备工艺进行了研究，确定了工艺参数，并对光纤进行了表征。同时，对光纤的传输特性及倏逝场特性进行了理论仿真。利用该类光纤结构作为衬底，对其进行了功能化研究。研究了支持介质、指示剂或功能分子的固定方法，以及提高敏感膜的响应特性等一系列问题。利用熔融拉锥技术实现了该特种光纤与标准光纤实现的光路耦合，并利用二氧化碳激光微加工的方法在光纤表面构造了微孔结构，实现了光纤内进样及微流检测。在此基础上，研究了基于该类光纤的多种类型的传感器，包括气体传感器、吸收传感器、化学发光传感器及基于强度调制的光纤调制器等多种集成式光纤传感器件。该项目的完成对光纤传感器的在线化、集成化及微型化研究具有重要的现实意义。