[实用新型]检测生物荧光的光纤传感器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种检测生物荧光的光纤传感器，在生物医学、食品检验、环境监测等领域得到广泛应用。它可以探测荷尔蒙、污染物质、有毒物质、爆炸品、脱氧核糖核酸(DNA)、病毒、各种细菌(如炭疽热、大肠杆菌O157等)等多种生物物质。

背景技术：

检测生物荧光的光纤传感器采用光波在光纤内以全反射方式传输时产生的倏逝波激发光纤芯线表面的标记有荧光染料的生物分子，从而检测以某种方式附着于光纤芯线表面倏逝波场范围内的生物物质的属性及其含量。

在先技术中，由美国犹他大学提供(University of Utah，D.E.Yoshida等人发表在SPIE第904卷第57～62页)的一种光纤倏逝波生物传感器的结构如图1所示。该传感器主要由激光激发光路和荧光接收光路组成。其中的激光激发光路由激光光源1、平面反射镜2、分色镜3、耦合透镜4、光纤5组成，耦合镜4的焦点位于光纤5的输入端面501，光纤5置于样品池6中；荧光接收光路主要由耦合透镜4、分色镜3、滤光片7、聚焦透镜8和光电探测器9组成，分色镜3的表面与荧光接收光路的光轴成45°角。

上述在先技术的缺点是：

1.荧光激发效率低。如图1所示，由激光光源1输出的激光束通过耦合透镜4聚焦后进入光纤5，进入光纤5的激光束数值孔径小，光束在光纤5内的反射次数少；而且，进入光纤5的激光束的入射角范围是从0°开始的，因为光线角度越小，强度越大，而角度越小的光线的激发效率越低。同时小角度光线在光纤内的反射次数少，且穿透深度小，激发范围小。

2.光能利用率低。激光束从光纤5输入端面501进入，从输出端面503射出，这部分光没有被再利用。所以激光束的利用率只有50％。

3.荧光接收效率低。被激光束激发出的荧光信号从光纤5的两端出射，而从图1的结构中看出，只有从光纤5输入端面501出射的荧光信号被接收，从输出端面503出射的荧光信号并没有收集，因此对荧光的接收效率也只有总信号的50％。

上述三个原因导致在先技术的探测灵敏度较低，只有1.4×10^-8摩尔/升。

4.从上述图1结构中可以看到，荧光接收光路的光轴在分色镜3左光轴O₁O₁与右光轴O₂O₂之间存在一个位移量Δd，使得整个荧光接收光路左光轴O₁O₁与右光轴O₂O₂不同轴，给设计和调试带来不便。

发明内容：

本实用新型含有两条光路：激光激发光路和荧光接收光路，分别用于激发光纤芯线502表面的被测物质的荧光，及接收来自光纤5的荧光信号并完成光电转换。

本实用新型的具体结构如图2所示，包括两条光路：激光激发光路和荧光接收光路。其中激光激发光路上，有激光光源1，有反射面与激光光源1发射激光束的中心光轴OO成45°角置放的平面反射镜2，在激光光源1与平面反射镜2之间的激光激发光路上，置有两圆锥面相对置放的第一锥形镜10和第二锥形镜11，两锥形镜10、11的圆锥面旋转中心轴线在一条直线上并与激光光源1发射的激光束中心光轴OO重合；有中心轴线O₁O₁与激光光源1发射激光束的中心光轴OO平行置放的置于样品池6内的光纤5，样品池6内置放染有荧光物质的被测物质601，样品池6内与被测物质601接触的光纤5是去掉包层且表面置有生物识别分子的光纤芯线502，在光纤5与平面反射镜2之间的光路上置有耦合透镜4，耦合透镜4的焦点落在光纤5的输入端面501上。有凹反射面朝向光纤5输出端面503置放的凹球面反射镜13，凹球面反射镜13的球心与光纤5输出端面503上的中心点重合。

在荧光接收光路上，在光纤5输入端面501至光电探测器9的接收面之间，首先是焦点在光纤5输入端面501上的耦合透镜4，在耦合透镜4与光电探测器9的接收面之间的光路上有滤光片7，在滤光片7与光电探测器9的接收面之间有聚焦透镜8。