[发明专利]光纤布拉格光栅葡萄糖传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤布拉格光栅葡萄糖传感器及其制备方法，尤其是一种使用光纤布拉格光栅和葡萄糖氧化酶相结合的光纤布拉格光栅葡萄糖传感器的制备方法，用于葡萄糖浓度的测定。

背景技术

光纤葡萄糖传感器属于光纤传感器的一种特定类别，近年来，光纤葡萄糖传感器的研究已得到越来越多研究者的关注，并进行了大量的研究。光纤传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、响应快、成本低、有利于在线监测等优点。主要有以下几种：

1.根据光纤内光强损耗与纤芯外环境有效折射率相关的原理，传感器探头为一段用纯化学法处理的普通单模光纤，通过对不同外界环境条件下输出光强度变化进行监测，实现葡萄糖浓度的测定。但这种类型的光纤生物传感器不能实现对葡萄糖浓度的选择性测量，即检测的特异性较差，当溶液中有其他物质存在时会干扰对葡萄糖浓度的测定，因而它的使用会具有一定的局限性，限制了其在临床医学检测方面的应用。此外，该检测系统对光强度测量需要用到的光学仪器较多，成本较高。

2.Ming-Hung Chiu等人将单模光纤的纤芯切掉一半，然后在切面表面镀金，利用表面等离子体共振技术和外差干涉法测量葡萄糖浓度。但是这种传感器测定葡萄糖浓度的特异性也较差，而且传感器的制作和光路的调整都很复杂。

3.传感器探头由分离的酶膜和光敏膜两部分组成，利用锁相放大技术，通过检测荧光猝灭的时间来测定葡萄糖浓度。这种传感器虽然能够实现对葡萄糖浓度的选择性检测，但是酶膜的制作过程比较复杂，导致传感器的制备过程比较繁琐，测量所需仪器成本较高。

4.Ting-Qian Lin等人通过戊二醛连接剂将葡萄糖氧化酶固定在经过化学处理的单模光纤表面，并利用外差干涉法测量由外界环境变化引起的相位变化，实现对葡萄糖浓度的测定。这种方法能够实现对葡萄糖浓度的选择性测定，但是由于使用准直透镜和检偏镜等仪器，使其光路的调节比较复杂，而且抗震能力差。

发明内容

本发明所要解决的问题是：为了克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单的可以实现对葡萄糖的选择性检测的光纤布拉格光栅葡萄糖传感器，同时提供易于制备该传感器的方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的光纤布拉格光栅葡萄糖传感器，其包括葡萄糖氧化酶、硅烷偶联剂和包层减薄的光纤布拉格光栅，其中：光纤布拉格光栅的表面用硅烷偶联剂处理，葡萄糖氧化酶通过交联剂固定在光纤布拉格光栅的表面上。

所述的硅烷偶联剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或其衍生物。

所述的硅烷偶联剂衍生物，包括对乙氧基硅烷、对甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷等，但不局限于这几种。

所述的光纤布拉格光栅可以为包层减薄到直径为10～20μm的光纤光栅。

所述的交联剂由EDC和NHS构成，其中EDC是1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的英文缩写，NHS是N-羟基琥珀酰亚胺的英文缩写。

本发明提供的光纤布拉格光栅葡萄糖传感器的制备方法，具体是：用氢氟酸腐蚀先将光纤布拉格光栅的包层减薄至直径为10～20μm，经清洗和干燥后，使用氨基硅氧烷溶液对光纤布拉格光栅表面进行处理，然后在交联剂的作用下将葡萄糖氧化酶固定在光纤布拉格光栅的表面上；当光纤布拉格光栅葡萄糖传感器浸入葡萄糖溶液时，葡萄糖会在葡萄糖氧化酶的催化作用下发生化学反应，生成新的物质，使光纤布拉格光栅的环境折射率发生改变，进而导致光纤布拉格光栅的布拉格波长改变，通过测量光纤布拉格光栅的布拉格波长的改变就可以计算出溶液中葡萄糖的浓度。

所述的光纤布拉格光栅包层减薄及表面处理的方法如下：

光纤布拉格光栅的包层减薄的方法可以是：将一个光纤布拉格光栅，剥掉其涂覆层，用去离子水稀释后的体积百分比浓度为10～30％的氢氟酸腐蚀光栅部分至光纤直径为10～20μm，腐蚀完成后用去离子水清洗；

光纤布拉格光栅的表面处理的方法可以是：用质量百分比浓度为98％的浓硫酸与质量百分比浓度为30％的双氧水构成的混合溶液浸泡腐蚀好的光纤布拉格光栅，以去除此段光纤表面的杂质，浸泡5～20min，取出光纤，用去离子水洗净，干燥。

所述的光纤布拉格光栅的表面功能化修饰的方法可以是：用去离子水和质量百分比浓度为99.7％的无水乙醇稀释硅烷偶联剂，使此硅烷偶联剂的体积百分比浓度为10％～20％，将处理好的包层减薄的光纤布拉格光栅浸泡在上述配制好的硅烷偶联剂溶液中10～20min，取出处理后的光纤，在室温下放置12～24h。