[发明专利]基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感的测量葡萄糖浓度的方法

说明书

本发明提供了一种基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感，根据长周期光纤光栅对外界环境折射率的变化非常敏感的特性，采用飞秒直写长周期光纤光栅，通过严格控制其光栅参数，使其具备对所述葡萄糖浓度具有不同灵敏度的光栅结构以及空腔结构，当宽带光源进入长周期光纤光栅时，透射谱中存在两个明显的衰减峰，当浓度或者温度变化时，两个特征波长将具有不一样的偏移量，通过计算长周期光纤光栅的谐振波长以及空腔结构的谐振波长分别与温度和待测溶液浓度的关系，组成方程组即可同时测得葡糖糖浓度和温度。

技术领域

本发明涉及生物医学检测技术，尤其是涉及到一种基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感的测量葡萄糖浓度的方法。

背景技术

在日常生活中，获取葡萄糖的含量信息对人体的健康水平的评断以及疾病的预防具有重要的意义。血糖是提供人体能量的主要物质，对于人体血糖浓度的检测，在生物医疗方面的临床检测中就显得至关重要，因为血糖的偏高和偏低都反应出人体代谢方面出现了问题。葡萄糖是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质。它的氧化反应放出的热量是人类生命活动所需能量的重要来源。在食品、医药工业上可直接使用，在印染制革工业中作还原剂，在制镜工业和热水瓶胆镀银工艺中常用葡萄糖作还原剂。工业上还大量用葡萄糖为原料合成维生素C(抗坏血酸)。

光纤光栅以其微型尺寸、抗干扰能力强、高灵敏度、绝对测量等优点，为光学传感器家族在军用及民用工程的结构监测、海下油田以及许多其他领域的应用提供了重要手段。开发对外部介质折射率敏感的光纤光栅生化传感器已成为光学传感和生物化学、生物医学等学科的交叉领域的研究热点之一，目前用光纤光栅对葡萄糖浓度的测量，国内外都有一些人在做相关的研究，如2012年吉林大学杨蕊竹的长周期光纤光栅的特性及传感应用的研究，在长周期光纤光栅上镀金属膜对蔗糖溶液浓度的检测，2015年武汉理工大学李蒙蒙的薄层FBG葡萄糖传感方法研究，通过腐蚀FBG光栅的包层，在表面修饰葡萄糖氧化酶GOD来测葡萄糖的折射率。2012年SaurabhManiTripathia采用长周期光纤光栅被用来进行大肠杆菌的传感测量，也采用长周期光纤光栅用来进行葡萄糖的传感。这两篇文章中都是将光纤光栅表面修饰后，固定特殊的抗体来实现对目标的选择性探测，2017年AbdulyezirA.Badmos采用80m直径的包层利用长周期光纤光栅的双峰结构来测量折射率和葡萄糖浓度，该传感器在长周期光栅上进行硅烷共价结合的方法将酶官能团固定在光纤光栅上与葡萄糖分子进行反应，最终来测得葡萄糖浓度，该传感器的折射率和葡萄糖浓度的灵敏度分别4298.20nm/RIU和4.6696nm/％。

但是以上的检测方法都只是对浓度或者折射率单一参量进行测量，忽视了温度对光纤光栅的影响，无论是FBG还是长周期光栅对温度都十分的敏感，如果不考虑温度带来的影响，则会使实验结果有较大的误差。

同时以上方法需要打磨、镀膜以及修饰，工艺复杂难度高，经济成本高，难于推广，不能够产品化。

因此，需要一种基于长周期光纤光栅的测量葡萄糖浓度的方法，能有效地消除温度和葡萄糖浓度交叉敏感问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于长周期光纤光栅的温度和葡萄糖浓度双参数传感的测量葡萄糖浓度的方法，包括如下步骤：

步骤一：利用飞秒激光在单模光纤上逐点刻写长周期光纤光栅；

步骤二：利用飞秒激光能量聚焦的方式在光纤端面刻写微孔，通过熔接的方式获得空腔结构；

步骤三：将长周期光纤光栅放入不同浓度的葡萄糖溶液中，采用ASE 宽带光源照射长周期光纤光栅；

步骤四：通过光谱仪接收并分析长周期光纤光栅的透射谱，从而实现同时对葡萄糖溶液浓度和温度的测量。

优选地，在步骤一中，所述飞秒激光为美国IMRA公司Femtolite系列激光器，中心波长为800nm，脉冲宽度为200fs，最大能量为4μJ，脉冲重复频率为250kHz。