摘要
随着生物医学领域对分子检测技术的要求日益提高，光纤石英材料的折射率成为制约开发高性能纤维集成光流控器件的关键因素。主要问题是低折射率的生物分子溶液与光发生相互作用比较困难，以及对生物分子检测的准确性还不够。为提高纤维集成光流控器件对生物分子检测的效能，如何增强微流通道内光场与流体的高效相互作用，并对其中产生的物理效应进行有效探测是亟待解决的问题。光热光谱法具有良好的分子选择性，探测的光热信号仅来源于生物分子对特定波长的光吸收，避免了光路中散射、反射损耗对待测信号的影响。本文将生物分子光热效应与光纤传感器相结合，并通过涂覆二维材料吸附待测分子，增强光与物质的相互作用，实现了叶绿素铜钠盐等生物分子的高灵敏度、特异性检测。该传感器在食品安全检测，疾病诊断和环境监测领域具有广泛的应用前景。 本论文的主要内容包括： （1）设计了一种基于卟啉化合物光热效应的光纤生物传感器。分析了长周期光栅(LPFG,longperiodfibergrating)的模式耦合理论和传感原理，利用激发光辐照叶绿素铜钠盐(SCC,sodiumcopperchlorophyllin)溶液产生光热信号，通过观察LPFG谐振强度的变化，测量SCC溶液的浓度。将氧化石墨烯(GO,grapheneoxide)涂覆在LPFG表面，增强对光热信号的检测，从而提高灵敏度。结果表明，相对于LPFG，器件灵敏度提升至近两倍，为0.0587dB(mg/L)?1。基于分子光热效应的传感器可为生物分子检测提供了新思路。 （2）设计了一种基于二维材料涂覆的锥形微光纤生物传感器。将碳化铌（Nb2CTx）沉积在锥形微光纤表面，结合血红蛋白的光热效应，实现了分子的高灵敏度、宽范围检测。在0?10g/dL的浓度范围内，灵敏度为7.581nm(g/dL)-1，检测极限为0.0026g/dL，远低于正常人体水平。所提出的生物传感器有望为临床医学传感功能器件提供了全新手段。 （3）设计了一种基于有机磷农药光热效应的光流控系统。将涂覆Nb2CTx的倾斜光栅封装在微流控芯片内，利用激发光辐照溶液引起包层模式谐振波长的偏移，通过观察纤芯模式的谐振波长实现温度补偿。在10?50ppm毒死蜱浓度范围内的检测极限可达0.35ppm，获得的温度补偿系数为4.84ppm/℃。通过对比几种不同分子引起的光谱响应，验证了光热检测技术的特异性。该方法在实际的食品安全监测中具有良好的应用前景。
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