本文關(guān)鍵詞：新型結(jié)構(gòu)的光纖表面等離子體共振傳感器及其生化應(yīng)用研究　出處：《深圳大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：光纖表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)傳感器不但具備光纖傳感器體積小、能耗低、檢測(cè)快速、抗電磁干擾、可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還具備SPR檢測(cè)技術(shù)的高效、靈敏、檢測(cè)無(wú)需標(biāo)記、可進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)、耗樣量極少等特點(diǎn),已經(jīng)成為目前生化檢測(cè)傳感領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文理論和實(shí)驗(yàn)研究了各種類型的新型結(jié)構(gòu)光纖SPR傳感器,同時(shí)也開展了光纖SPR傳感器的生化應(yīng)用研究。本論文主要研究工作和成果如下:1.通過建立一套傳感層軸向分布不均勻的光纖SPR傳感器工作模型,分別研究了入射光波模式和傳感層的厚度不均勻分布這兩個(gè)重要因素對(duì)傳感器性能的影響。結(jié)果表明高階的入射光波模式會(huì)為傳感器帶來高的靈敏度,但同時(shí)也帶來了低的品質(zhì)因子;在傳感層厚度分布不均勻的情況下,傳感區(qū)長(zhǎng)度對(duì)傳感器性能的影響較為明顯。2.研制了一種應(yīng)用于免疫學(xué)檢測(cè)的光纖SPR傳感器。在光纖SPR傳感器表面進(jìn)行生物分子特異性檢測(cè)膜修飾,將經(jīng)過修飾的傳感器用于檢測(cè)特異性分子和非特異性分子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,傳感器對(duì)特異性分子有明顯的響應(yīng),對(duì)非特異性分子基本無(wú)反應(yīng)。光纖SPR傳感器結(jié)合特異性檢測(cè)膜能有效應(yīng)用于免疫學(xué)檢測(cè)。3.制作了一種新穎的半圓柱面光纖SPR傳感器,并將其應(yīng)用于化學(xué)溶液濃度的檢測(cè)當(dāng)中。相比于傳統(tǒng)光纖SPR傳感器,半圓柱面光纖SPR傳感器的制作更為簡(jiǎn)單、方便,而且兩者靈敏度幾乎一致。將半圓柱面光纖SPR傳感器用于氯化鈉、葡萄糖和蛋白質(zhì)溶液濃度的檢測(cè),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,傳感器對(duì)不同的化學(xué)溶液具有不同的響應(yīng)靈敏度,其中對(duì)蛋白質(zhì)分子具有極高的檢測(cè)靈敏度,且為50.58 nm/%。4.實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了D型光子晶體光纖SPR傳感器,這種傳感器目前在國(guó)內(nèi)外仍基本處于理論研究階段。傳感器的SPR共振峰最低點(diǎn)隨外部折射率的變化,既具有波長(zhǎng)移動(dòng),還具有光強(qiáng)度變化,因此可以同時(shí)使用波長(zhǎng)調(diào)制和光強(qiáng)度調(diào)制來獲取傳感信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)合這兩種調(diào)制方式,首次提出了一種提高分辨率的二維(2D)調(diào)制方法。作為一種新型調(diào)制方法,2D調(diào)制方法獲得了6.53×10-5RIU的分辨率,比波長(zhǎng)調(diào)制和光強(qiáng)度調(diào)制的分辨率都要高。5.首次提出了一種折射率檢測(cè)范圍可調(diào)節(jié)的新型光纖SPR傳感器—基于納米多孔SiO2介質(zhì)層的液芯光纖SPR傳感器。通過調(diào)節(jié)納米多孔SiO2介質(zhì)層的折射率,傳感器可用于不同折射率區(qū)間的檢測(cè),論文中研究了高(1.42-1.44)、低(1.33-1.35)兩個(gè)折射率區(qū)間的例子,結(jié)果表明只要選擇合適的納米多孔SiO2介質(zhì)折射率,傳感器能很好地工作于這兩個(gè)區(qū)間,不僅如此,傳感器的檢測(cè)性能以及工作波段同樣可以通過調(diào)節(jié)納米多孔SiO2介質(zhì)層的折射率來調(diào)節(jié)。
[Abstract]:Optical fiber surface plasmon resonance (fiber-optic surface plasmon resonance) surface Plasmon Resonance (Plasmon) sensor not only has the advantages of small size, low energy consumption and fast detection. It has the advantages of anti-electromagnetic interference, real-time on-line detection and so on. At the same time, it has the advantages of high efficiency and sensitivity of SPR detection technology, no marking, real-time dynamic detection, very little sample consumption and so on. It has become a research hotspot in the field of biochemical sensing. In this paper, a variety of novel structured fiber optic SPR sensors have been studied theoretically and experimentally. At the same time, the biochemical application of optical fiber SPR sensor is also studied. The main work and results of this thesis are as follows: 1. Through the establishment of a set of optical fiber SPR sensor operating model with non-uniform axial distribution of sensor layer. The effects of two important factors, the incident light mode and the uneven thickness distribution of the sensing layer, on the performance of the sensor are studied respectively. The results show that the high order incident light mode can bring high sensitivity to the sensor. But it also brings low quality factor. In the case of uneven thickness distribution of the sensing layer. The effect of the length of the sensing region on the performance of the sensor is obvious. 2. A fiber optic SPR sensor for immunological detection is developed. The biomolecular specific detection membrane is modified on the surface of the optical fiber SPR sensor. The modified sensors are used to detect specific and non-specific molecules. The experimental results show that the sensor has a significant response to the specific molecules. Optical fiber SPR sensor combined with specific detection membrane can be effectively used in immunological detection. 3. A novel semicircular fiber optic SPR sensor has been fabricated. Compared with the conventional optical fiber SPR sensor, the fabrication of semicircular fiber optic SPR sensor is simpler and more convenient. The semicircular cylindrical fiber optic SPR sensor is used to detect the concentration of sodium chloride, glucose and protein solution. The sensor has different sensitivity to different chemical solutions, and it has a high sensitivity to protein molecules. And it is 50.58 nm / r / 4. The D-type photonic crystal fiber SPR sensor is realized experimentally. At present, the sensor is still in the theoretical research stage at home and abroad. The lowest point of the SPR resonance peak of the sensor changes with the external refractive index, not only has the wavelength shift, but also has the light intensity change. Therefore, both wavelength modulation and light intensity modulation can be used to obtain the sensing signal. A 2D modulation method is proposed to improve the resolution for the first time. As a new modulation method, the resolution of 6.53 脳 10 ~ (-5) RIU is obtained. The resolution of specific wavelength modulation and light intensity modulation is high. 5. A novel optical fiber SPR sensor with adjustable refractive index detection range is proposed for the first time, which is a liquid-core optical fiber SP based on nano-porous SiO2 dielectric layer. R sensors. By adjusting the refractive index of the nano-porous SiO2 dielectric layer. The sensor can be used to detect different refractive index regions. In this paper, two refractive index ranges of high refractive index (1.42-1.44) and low refractive index (1.33-1.35) are studied. The results show that the sensor can work well in these two regions as long as the appropriate refractive index of nano-porous SiO2 medium is selected. The detection performance and working band of the sensor can also be adjusted by adjusting the refractive index of nanometer porous SiO2 dielectric layer.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：1434404