[发明专利]等离子体共振传感探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感探头，尤其是一种等离子体共振传感探头。

背景技术

表面等离子体共振是一种由包围有绝缘材料的薄金属膜导向的横向磁性电磁波。等离子体是一种表面效应，这种表面效应使金属和绝缘体界面之间的电子密度发生波动。当倏逝场中的能量和金属膜上的等离子体发生耦合时，将会产生表面等离子体共振。耦合量对金属膜两面的绝缘材料的折射率是极其敏感的。如果有一面的绝缘层是由化学样品组成的，则我们可以通过测定倏逝波场与等离子体共振耦合的变化来监测样品的折射率的变化。

起初，表面等离子体共振被作为监测金属表面的探针，后来用于化学和生物化学传感器。在初期应用中，金属膜被沉积在棱镜表面。由偏振光照射在棱镜/金属的界面上发生反射，此时的入射角小于临界角，并用光电探测器对其监控。当激光的入射角从高角度扫描至接近临界角时，将会看到在一个不连续的角度，反射率突然变到最小值。在这个角度，棱镜中的光波矢量与等离子体的波矢量相匹配，激光的能量通过反射点的倏逝场转入到等离子体中。最小值的位置主要由沉积在金属表面的材料的折射率决定。样品折射率的增加将导致产生最小反射率的角度的增加。

表面等离子体共振已经应用于光纤光学通信领域，作为有序的、全光纤偏振装置的基础。可以用有金属膜包层的光纤表面的等离体共振效应进行化学反应监测。然而，只有那些折射率大于1.39左右的样品才可以被监测。这是由光纤表面等离子体共振传感器固有的局限性。大多数的化学和生物化学的应用都需要在水溶液中测定，其折射率一般在1.33到1.35。为了对这个折射率范围内的样品进行监测，必需对传统的金属光纤芯皮结构进行改进。

现有的光纤表面等离子体共振(SPR)装置本身没有测定折射率在1.33-1.35水系的能力，而现有的棱镜SPR装置已经被证实对在线化学检测、生物化学分析太复杂笨重。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种具有更宽的折射率范围，测定灵敏度增强的等离子体共振传感探头。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种等离子体共振传感探头，其特殊之处在于：该等离子体共振传感探头包括光纤基质1、内包层5和外包层6，光纤基质1设置在外包层6内，内包层5设置在光纤基质1中，内包层5由孔道2组成，孔道2的内表面上设置有金属层3，金属层3上设置有传感层7。

上述孔道2为一个或多个。

上述孔道2为多个时，内包层5是由具有微结构光纤特征的周期性分布的孔道2构成。

上述金属层3的材料是银或金。

上述传感层7的材料是电介质材料、聚合物材料、金属氧化物、硫化物、半导体材料、有机层、无机层或玻璃材料。

上述传感层7的材料是醋酸纤维。

上述光纤基质1为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。

本发明的等离子体共振传感探头采用的原理是：表面等离子体共振是一种金属表面存在的自由电子的等离子体共振，这种共振受到与金属表面相邻的材料的折射率的影响，表面等离子体共振可以通过利用一束偏振光在一个具有高介电常数(比如醋酸纤维素)的界面被全反射的时候所产生的倏逝波获得。来自激光源的光束被导入聚合物薄膜的内表面，监测器监控内反射光束。光纤孔道中的表面是贵金属薄膜银，而它的上面再涂上包含对测定物具有灵敏光学相应的功能分子或抗体，包含有分析物(抗原)的液体与孔道中固定的特异性物质接触时，引起一种特异性化学或生物化学反应，例如抗原-抗体结合反应。反应如果发生，由于原-抗体复合物的尺寸比原来的抗体分子尺寸增加，第二膜的折射率改变，这种改变能够利用表面等离子体共振技术检测。表面等离子体共振能通过改变入射光的入射角和测量内反射光强度观察。在一定的入射角，光动量的平行分量与金属膜的反面的表面等离子体色散匹配；如果金属膜的厚度选择正确，就会出现在PMMA/金属界面与金属/抗体界面之间的电磁场耦合，导致表面等离子体共振，在特殊角度观察到反射光束的衰减。因此发明提供了一种等离子体共振传感探头，它是一种可以检测化学或生物化学样品的折射率变化的表面等离子体共振传感器，一种不需要使用任何特殊标记的分析方法。它比现今人们知道和描述的表面等离子体传感器有更宽的折射率范围。它比传统的光纤表面等离子体共振传感器有更高的分析灵敏度，和被分析的水溶液的折射率范围更宽。使光纤表面等离子体共振传感器能更好的应用于生物化学和化学领域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式