基于新型拼接光子晶体光纤的SPR葡萄糖浓度传感器

摘要

针对人体血糖的稳定高效检测问题，本文提出了一种基于表面等离子体共振（SPR）技术的光纤传感器并成功应用于葡萄糖浓度检测。采用光纤熔接机级联拼接多模光纤–光子晶体光纤–光子晶体光纤–多模光纤（MPPM），利用磁控溅射仪在光纤结构表面沉积金膜。随后，使用巯基乙胺对传感区的金膜进行修饰，采用戊二醛固定葡萄糖氧化酶（GOD）的技术路线，使传感器具备葡萄糖特异性识别功能，并实现对低浓度葡萄糖溶液的传感。针对SPR传感器的折射率灵敏度，本文设计两组对比实验，分别是相同结构不同传感区长度的传感器对比，以及相同长度不同结构的传感器对比。研究结果表明：传感区长度对传感器的折射率灵敏度的影响较小；MPPM传感结构的折射率灵敏度优于MPM传感结构（提高了约101.84 nm/RIU），且MPPM结构的传感器具有更深的SPR共振峰，意味着检测精度更高。对于制备的葡萄糖传感器，设计了一套葡萄糖浓度、特异性识别及稳定性的检测方案。实验结果表明：在0～0.8 mg/mL的浓度范围的葡萄糖溶液中，MPPM传感器的葡萄糖灵敏度约为29.61nm/(mg·mL^–1)，且表现出良好的线性关系，拟合系数达到了0.954；具有良好的特异性识别能力及稳定性能。相比于传统的葡萄糖传感器，本文提出的葡萄糖传感器结构紧凑、生物相容性好、灵敏度高。

关键词

表面等离子共振 / 光子晶体光纤 / 光纤传感 / 葡萄糖浓度传感

基金资助

等离子体物理重点实验室基金项目（6142A04200210）; 国家自然科学基金委员会–中国工程物理研究院联合基金项目（U1730141）; 国家重点研发计划项目（2017YFE0301203）