[发明专利]一种红外生物检测系统

说明书

本发明涉及生物传感与检测技术领域，具体涉及一种红外生物检测系统，包括飞秒脉冲光源、第一会聚透镜、光纤传感部、第二会聚透镜、光探测器。飞秒脉冲光源发出飞秒脉冲激光，飞秒脉冲激光经第一会聚透镜耦合进入光纤传感部的一端，光纤传感部的另一端产生发出红外光，红外光经第二会聚透镜后进入光探测器。光纤传感部包括第一光纤、拉锥光纤、第二光纤、薄膜层。拉锥光纤的两端分别连接第一光纤和第二光纤，薄膜层置于拉锥光纤表面。本发明在拉锥光纤外侧设置薄膜层，在拉锥光纤与薄膜层之间的界面处传输中红外光。实际参与作用的生物分子多，对界面光传播特性的影响大。因此，能够实现高灵敏度的生物分子探测。

技术领域

本发明涉及生物传感与检测技术领域，具体涉及一种红外生物检测系统。

背景技术

许多生物分子或有机物的分子振动特征吸收波长处于红外，特别是中红外波段，红外波段的光谱技术对生物分子的定性和定量分析具有重要的作用，在此基础上，红外波段的光谱技术还能够拓展应用到生物医学组织成像、材料检测、矿物检测、环境监测等。

光纤传感器具有体积小、灵敏度高、传输距离远等特点。利用生物分子对光纤传感特性的影响，构建基于光纤的生物检测系统具有重要的意义。

一般来说，在光纤传感器中，利用连续谱光源，连续谱光源输出连续谱激光，连续谱激光耦合进入光纤传感器。由于生物分子的特征光谱处于近红外波导，研究者所采用的光源也绝大多数为近红外光源。这样的设置虽然能够实现探测生物分子的功能，但是也损伤了生物分子的活性，在实际应用中受到了限制。

CN115096851A公开了一种生物传感器，所述生物传感器包括依次连接的输入光纤、传感光纤和输出光纤；传感光纤为全正常色散分布，光源为飞秒泵浦脉冲；应用飞秒激光去除传感光纤的纤芯和包层，形成微腔；传感生物分子时，被探测的生物分子处于微腔内；微腔折射率的改变导致干涉光谱的变化，实现生物传感。在该方案中，虽然实现了中红外生物分子检测，但是生物分子仅设置在微腔内，微腔具有较小的尺寸，微腔对光程的改变小，从而导致该结构对生物分子探测的灵敏度不够高。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种红外生物检测系统，包括飞秒脉冲光源、第一会聚透镜、光纤传感部、第二会聚透镜、光探测器。飞秒脉冲光源发出飞秒脉冲激光，飞秒脉冲激光经第一会聚透镜耦合进入光纤传感部的一端，光纤传感部的另一端产生发出红外光，红外光经第二会聚透镜后进入光探测器。光纤传感部包括第一光纤、拉锥光纤、第二光纤、薄膜层。拉锥光纤的两端分别连接第一光纤和第二光纤，薄膜层置于拉锥光纤表面。这样一来，飞秒脉冲激光经第一会聚透镜耦合进入第一光纤的敞开一端，第二光纤的敞开一端发出红外光，红外光经第二会聚透镜进入光探测器。光探测器实现出射光的光谱探测。

本发明的核心构思是，飞秒脉冲激光照射拉锥光纤，拉锥光纤产生非线性光学效应，在拉锥光纤中沿拉锥光纤传播的中红外光。由于拉锥光纤的直径小，中红外光容易从拉锥光纤内部泄露或耦合进入薄膜层与拉锥光纤之间的界面处，并沿界面传输。这样一来，就存在两条传输路径：一条是沿纤芯传输，另一头是沿上述界面传输。两条传输路径之间的叠加，形成依赖于界面环境的输出光谱。应用时，生物分子设置在薄膜层上，上述界面的光传播特性受薄膜层上生物分子折射率的影响，并且生物分子可以大面积地覆盖薄膜层，生物分子对上述界面光传播特性的影响大。因此，本发明能够高灵敏度地实现生物分子探测。

更进一步地，拉锥光纤的直径小于5微米，以便于更多拉锥光纤的中红外光耦合进入拉锥光纤与薄膜层之间的界面，也就是在上述界面上形成更强的光路，增加两光路中光叠加时的对比度。

更进一步地，薄膜层的厚度小于200纳米。更进一步地，薄膜层的厚度小于100纳米，以便于薄膜层外侧的生物分子能够更多地影响拉锥光纤与薄膜层形成界面的光传输特性，从而实现更高灵敏的生物分子探测。