[发明专利]一种基于金纳米复合材料光纤的反射式葡萄糖传感器及测量系统

权利要求书

1.一种基于金纳米复合材料光纤的反射式葡萄糖传感器，用于葡萄糖浓度检测；其特征在于，光纤采用通过表面修饰的羧基基团与聚合链上的氨基基团发生共价键合反应形成固定金纳米颗粒掺杂的聚丙烯酰胺水凝胶材料制成，光纤末端利用银镜镀膜方法镀有反射银镜使得信号光与传感光纤作用长度加倍进而提高灵敏度。

2.根据权利要求1所述的一种基于金纳米复合材料光纤的反射式葡萄糖传感器，其特征在于，金纳米颗粒的表面修饰有羧基官能团，在羧基活化剂作用下，与聚丙烯酰胺聚合链上的氨基基团发生共价键合反应。

3.根据权利要求1所述的一种基于金纳米复合材料光纤的反射式葡萄糖传感器，其特征在于，所述光纤的内径为250-1000μm，所述传感光纤长度为1-4cm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于金纳米复合材料光纤的反射式葡萄糖传感器，其特征在于，葡萄糖传感器制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：将丙烯酰胺单体、交联剂,3-丙烯酰胺基苯硼酸混入1mL二甲基亚砜溶液,搅拌均匀后添加光引发剂和羧基修饰的金纳米颗粒，最后再加入1mL去离子水稀释得到前驱体溶液；其中，光引发剂和羧基修饰的金纳米颗粒的浓度分别为1％-2％w/v和0.02％-0.1％w/v；丙烯酰胺单体、交联剂及3-丙烯酰胺基苯硼酸的摩尔比为78.5：1.5：20；其中，光引发剂为DEAP；交联剂为N,N’-methylenebis(acrylamide)；

步骤(2)：将步骤(1)中配置的前驱体溶液注入空心硅胶管，在紫外灯下聚合固化3-5分钟，随后采用注水喷射的方式，取出固化后的光纤；其中，空心硅胶管内径为250-1000μm；

步骤(3)：将步骤(2)中得到的光纤浸泡在含有羧基活化剂的酸性溶液，使得金纳米颗粒表面修饰的羧基基团与聚合链上的氨基基团发生共价键合反应，浸泡时间为9-12小时；其中，羧基活化剂为，碳二亚胺，酸性溶液的pH范围为4-6；

步骤(4)：采用去离子水对步骤(3)中浸泡后的光纤冲洗5-10分钟，然后放置于磷酸盐缓冲液(PBS)中保存；其中，PBS的pH为7.4；

步骤(5)：将3mL硝酸银溶液放入10mL烧杯中，滴加稀氨水，在搅拌下直至棕色沉淀溶解，添加1.4mL氢氧化钾溶液，如果棕色沉淀物重新形成，则逐滴添加额外的氨溶液，直到溶解，然后得到托伦试剂(Tollens’reagent)；其中，硝酸银溶液和氢氧化钾溶液的浓度分别为0.1mol/L和0.8mol/L；

步骤(6)：采用去离子水对步骤(4)中的光纤冲洗5-10分钟，然后将光纤末端放置于步骤(5)中的托伦试剂中，倒入5mL葡萄糖溶液，10分钟后取出光纤并用去离子水冲洗；其中，葡萄糖溶液的浓度为0.5mol/L；

步骤(7)：将步骤(6)中的光纤放置于醋酸盐缓冲液浸泡一分钟，释放扩散进入光纤的葡萄糖分子；其中，醋酸盐缓冲液pH为4.6；

步骤(8)：将步骤(7)得到的光纤冲洗5-10分钟，然后放置于PBS中保存。

5.一种实现基于如权利要求1-4任一项葡萄糖传感器的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：第一半导体激光器、第二半导体激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、葡萄糖传感器、光电探测器、数据采集卡及计算机；

其中，第一半导体激光器输出端口和第二半导体激光器的输出端口经过多模光纤分别连接到第一光纤耦合器第一输入端口以及第一光纤耦合器第二输入端口，第一光纤耦合器输出端口的输出激光经多模光纤耦合进第二光纤耦合器，并通过第二光纤耦合器耦合进入葡萄糖传感器，激光传输至葡萄糖传感器尾端的反射银镜被反射，被反射的激光从葡萄糖传感器输出通过第二光纤耦合器输出端口，耦合至第二光纤耦合器第二输入端口，第二光纤耦合器第二输入端口的透射输出经光电探测器输入端口接收并转换为电压信号，由数据采集卡输入端口进行采集，采集结果发送至计算机进行存储处理；

采用频分复用技术以区分两路不同波长信号，数据采集卡输出两路不同频率模拟调制信号分别对第一半导体激光器与第二半导体激光器进行调制；

采用双波长差分顿号检测机制消除由环境及光源不稳定因素影响，第一半导体激光器产生信号光，工作波长位于金纳米颗粒的谐振峰附近位置；第二半导体激光器为参考光，工作波长远离金纳米颗粒的谐振峰。