多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括：耦合進光纖的光源、對光纖傳輸的光波進行耦合或/及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖、以及光探測部件，其中，所述光纖輸入-輸出的光開關具有多路輸出和/或多路輸入，并通過開關使該多路輸出和/或多路輸入中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件的反射光被光探測部件接收，實現多通道傳感。本發(fā)明提供了一種對多個生物樣品進行檢測的多通道并行的無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，因為融合了光纖通信技術中的光纖回路、光開關等手段，此系統(tǒng)可以只包含一個光探測部件，大大降低了系統(tǒng)復雜度和減小了系統(tǒng)體積，并具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【專利說明】多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物傳感及儀器設計領域，特別是涉及一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]對生物分子相互作用的定量測量在生命科學基礎研宄、新藥篩選和開發(fā)、及食品工業(yè)得到廣泛應用。傳統(tǒng)的檢測和分析使用酶聯免疫吸附技術，而近年來不需熒光標記的無標記光學生物傳感技術得到迅速發(fā)展。無標記傳感技術的優(yōu)勢在于保持樣品的天然特征，及極大節(jié)省操作人員的時間和勞力；更重要的是，無標記傳感技術對分子相互作用的動力學過程進行實時測量，在科學研宄和藥物篩選方面有重要的價值。
[0003]在以自由空間光傳輸為主的無標記光學生物傳感系統(tǒng)中，為實現對多個樣品或反應過程的并行檢測(多通道傳感)，常需要使用多個光探測部件，加大了系統(tǒng)體積和成本。以光纖作為光傳輸媒介，將光纖通信中對光信號的處理技術引入到生物傳感系統(tǒng)中可以使系統(tǒng)性能得到顯著提升。但已有報道的無標記生物傳感光纖系統(tǒng)缺乏對光纖通信技術的良好兼容，在實現多通道傳感時或者使用難于操作的透射探測構架，或者仍然部分依賴自由空間光傳輸。
【發(fā)明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，以實現一種以光纖回路、反射式的光纖端無標記傳感元件和光開關為核心組成部分，對生物化學樣品進行多通道并行傳感的系統(tǒng)。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括:耦合進光纖的光源、對光纖傳輸的光波進行耦合或/及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖、以及光探測部件，其中，所述反射式無標記光學傳感元件結合于光纖的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件將來自光源并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關具有多路輸出和/或多路輸入，并通過開關使該多路輸出和/或多路輸入中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件的反射光被光探測部件接收，實現多通道傳感。
[0006]測量時將反射式無標記光學傳感元件浸沒在待測樣品中，反射式無標記光學傳感元件將來自光源并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件接收并測量，測量結果反映待檢測樣品的信息。其中，操作所述光纖輸入-輸出的光開關可以使得在不同時刻來自不同反射式無標記光學傳感元件的反射光被光探測部件接收，實現多通道傳感。
[0007]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光纖回路包括定向耦合裝置，用于對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送。
[0008]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述定向耦合裝置包括定向耦合器及光學環(huán)行器的一種或組合。
[0009]進一步地，所述定向耦合器為分光比為50%:50%的2X2定向耦合器。
[0010]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述定向耦合裝置的第一端口連接于光源，所述定向耦合裝置的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口與光纖輸入-輸出光開關的輸入端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖連接于所述光纖輸入-輸出光開關的各路輸出端口，所述定向耦合裝置的與第二端口的輸入在光路上直接連通的第三端口連接于光探測部件。
[0011]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光纖回路還包括分束器，用于對光纖傳輸的光波進行分束傳輸。
[0012]進一步地，所述分束器的輸入端口連接于光源，所述分束器的各路分束輸出端口與所述定向耦合裝置的第一端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖連接于各定向耦合裝置的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口，所述光纖輸入-輸出光開關的多路輸入端口分別與所述定向耦合裝置的與第二端口的輸入在光路上直接連通的第三端口連接，所述光纖輸入-輸出光開關的輸出端口與所述光探測部件連接。
[0013]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光纖回路還包括合束器，用于對多路光纖傳輸的光波進行合束傳輸。
[0014]進一步地，所述光纖輸入-輸出光開關的輸入端口與光源連接，所述光纖輸入-輸出光開關的多路輸出端口分別與所述定向耦合裝置的第一端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖連接于各定向耦合裝置的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口，所述合束器的多路輸入端口連接于各定向耦合裝置的與第二端口的輸入在光路上直接連通的第三端口，所述合束器的輸出端口連接于所述光探測部件。
[0015]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，包括兩個以上的光源、或/及兩個以上的光纖輸入-輸出的光開關、或/及兩個以上的光探測部件、或/及兩個以上的定向耦合裝置，或/及兩個以上的分束器、或/及兩個以上的合束器。
[0016]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光源包括鹵素燈、光福射二極管、超福射發(fā)光二極管、超連續(xù)譜光源、放大自發(fā)福射光源及激光器的一種或組合。
[0017]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述光探測部件包括光譜儀及光功率探測器的一種或組合。
[0018]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述反射式無標記光學傳感元件制作于光纖端面或/及粘合于光纖端面。
[0019]進一步地，所述反射式無標記光學傳感元件為制作于光纖端面或/及粘合于光纖端面的具有納米槽陣列的金膜。
[0020]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的單模光纖、或保偏光纖、或單模光纖與保偏光纖的組合。
[0021]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的多模光纖、或單模光纖與多模光纖的組合、或保偏光纖與多模光纖的組合、或單模光纖、保偏光纖與多模光纖的組合。
[0022]進一步地，所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為1 ym-lOmm。
[0023]進一步地，所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為1 μ m-200 μ m。
[0024]進一步地，所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為1 μ m-100 μ m。
[0025]作為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的待檢測樣品為包括生物分子、或/及化學分子、或/及金屬離子的能引起光學折射率或/及光程變化的物質。
[0026]進一步地，待檢測樣品為含有待測分子的溶液，當待測分子附著在反射式無標記光學傳感元件上時，反射光的光譜或/及強度發(fā)生變化并被測量到。
[0027]如上所述，本發(fā)明提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括:耦合進光纖的光源、對光纖傳輸的光波進行耦合或/及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖、以及光探測部件，其中，所述反射式無標記光學傳感元件結合于光纖的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件將來自光源并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關具有多路輸出和/或多路輸入，并通過開關使該多路輸出和/或多路輸入中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件的反射光被光探測部件接收，實現多通道傳感。本發(fā)明提供了一種對多個生物樣品進行檢測的多通道并行的無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，因為融合了光纖通信技術中的光纖回路、光開關等手段，此系統(tǒng)可以只包含一個光探測部件，大大降低了系統(tǒng)復雜度和減小了系統(tǒng)體積，并具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1顯示為本發(fā)明實施例1的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的結構示意圖。
[0029]圖2顯示為本發(fā)明實施例2的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的結構示意圖。
[0030]圖3顯示為本發(fā)明實施例3的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的結構示意圖。
[0031]圖4顯示為本發(fā)明實施例4的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的結構示意圖。
[0032]圖5顯示為本發(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的反射式無標記光學傳感元件的結構示意圖。
[0033]圖6顯示為本發(fā)明實施例1的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的光波長-反射率實驗曲線示意圖。
[0034]元件標號說明
[0035]10光源
[0036]11定向親合裝置
[0037]12光纖輸入-輸出的光開關
[0038]13端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖
[0039]131反射式無標記光學傳感元件
[0040]14光探測部件
[0041]15分束器
[0042]16合束器
[0043]17待測樣品
【具體實施方式】
[0044]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0045]請參閱圖1?圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0046]實施例1
[0047]如圖1及圖5所示，本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括:耦合進光纖的光源10、對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關12、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13、以及光探測部件14，其中，所述反射式無標記光學傳感元件131結合于光纖13的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件131將來自光源10并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件14接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關12具有多路輸出，并通過開關使該多路輸出中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件131的反射光被光探測部件14接收，實現多通道傳感。
[0048]測量時將反射式無標記光學傳感元件131浸沒在待測樣品17中，反射式無標記光學傳感元件131將來自光源10并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件14接收并測量，測量結果反映待檢測樣品17的信息。其中，操作所述光纖輸入-輸出的光開關12可以使得在不同時刻來自不同反射式無標記光學傳感元件131的反射光被光探測部件14接收，實現多通道傳感。
[0049]在本實施例中，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的單模光纖。采用單模光纖可以提高系統(tǒng)與光通信技術的兼容性。
[0050]如圖1所示，所述光纖回路包括定向耦合裝置11，用于對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送，在本實施例中，所述定向耦合裝置11為分光比為50%:50%的2X2定向耦合器。所述2 X 2定向耦合器的第一端口連接于所述光源10，與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口與所述光纖輸入-輸出光開關12的輸入端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13連接于所述光纖輸入-輸出光開關12的各路輸出端口。所述2X2定向耦合器的與第二端口輸入在光路上直接連通的第三端口連接于所述光探測部件14。
[0051]如圖5所示，所述反射式無標記光學傳感元件131粘合于光纖端面，所述反射式無標記光學傳感元件為具有納米槽陣列的金膜，所述的金膜厚度25nm，納米槽貫穿整個金膜的厚度，納米槽周期為635nm,納米槽寬度為50nm。當然，所述反射式無標記光學傳感元件131既可以如本實施例這樣在制作完成后通過粘接的方式粘合于光纖端面，也可以通過電子束光刻、聚焦離子束刻蝕等方法直接制作在光纖端面，另外，其它方式實現的反射式無標記光學傳感元件也同樣適用于本發(fā)明，并不限于此處所列舉的示例。
[0052]如圖1所示，具體地，寬譜光源(如鹵素燈、光輻射二極管、超輻射發(fā)光二極管、超連續(xù)譜光源或放大自發(fā)輻射光源)耦合進單模光纖，然后光波進入一個單模光纖輸入-輸出的2X2定向親合器的第一端口，被分為兩路。其中一路定向親合輸出到定向親合器的第二端口，再經光纖傳輸進入單模光纖輸入-輸出的1XN光開關(例如1X8的機械式光開關)的輸入端口，即有1根光纖的那端，再通過開關操作讓光波從N個輸出端口中指定的一個輸出。然后經光纖傳輸后光波進入一根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13，接著反射式無標記光學傳感元件131將此入射的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖。反射式無標記光學傳感元件131浸沒在待測樣品17中，隨著樣品中待檢測物質的結合、解離、濃度變化等等行為，反射光的光譜和強度相應變化。反射光經光纖傳輸逆向進入1XN光開關的同一個指定輸出端口并從其輸入端口出來。然后光波輸入2X2定向耦合器的第二端口，再被分為兩路，其中一路定向親合輸出到定向親合器的第三端口。最后光波經光纖傳輸被光探測部件14接收并測量。在本實施例中，所述光探測部件14為光譜儀(如光柵光譜儀)。光譜儀對反射光譜進行測量，以此推斷待測樣品17的情況。在此系統(tǒng)中，操作光開關使其在不同的時間指定不同的N個輸出端口之一，可以使得來自不同的反射式無標記光學傳感元件131的反射光在不同的時間被光探測部件14接收，以實現對N個樣品的多通道并行傳感。
[0053]當然，上述方案中，所述光源也可以采用單波長的激光器，相應的光探測部件14測量的是反射光的強弱，比如光探測部件14是光功率探測器，其包括一個光電二極管。
[0054]另外，需要說明的是，第一，待測樣品17可以是液體、氣體。第二，待檢測物質可以是生物分子、化學分子、金屬離子等等引起光學折射率、光程變化的物質。更具體的，待測樣品是含有某種待測分子的溶液。當這種分子附著在反射式無標記光學傳感元件上時，反射光的光譜或強度發(fā)生變化并被測量到。第三，待測樣品的位置可以在微流體、多孔板或其它常見容器中。
[0055]實施例2
[0056]如圖2所示，本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括:耦合進光纖的光源10、對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關12、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13、以及光探測部件14，其中，所述反射式無標記光學傳感元件131結合于光纖13的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件131將來自光源10并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件14接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關12具有多路輸入，并通過開關使該多路輸入中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件131的反射光被光探測部件14接收，實現多通道傳感。
[0057]測量時將反射式無標記光學傳感元件131浸沒在待測樣品17中，反射式無標記光學傳感元件131將來自光源10并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件14接收并測量，測量結果反映待檢測樣品17的信息。其中，操作所述光纖輸入-輸出的光開關12可以使得在不同時刻來自不同反射式無標記光學傳感元件131的反射光被光探測部件14接收，實現多通道傳感。
[0058]在本實施例中，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的單模光纖。采用單模光纖可以提高系統(tǒng)與光通信技術的兼容性。
[0059]如圖2所示，所述光纖回路包括定向耦合裝置11，用于對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送，在本實施例中，所述定向耦合裝置11為分光比為50%:50%的2X2定向耦合器。所述光纖回路還包括分束器15，用于對光纖傳輸的光波進行分束傳輸。所述分束器的輸入端口連接于光源，各路分束輸出端口與所述2X2定向耦合器的第一端口連接，所述2X2定向耦合器的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口與所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13連接。所述光纖輸入-輸出光開關12的多路輸入端口分別與所述2 X 2定向耦合器的與第二端口輸入在光路上直接連通的第三端口連接，所述光纖輸入-輸出光開關12的輸出端口連接于光探測部件14。
[0060]如圖2所不，具體地，來自光源的光波親合進光纖之后，先由一個分束器15分為N路。N路光波各自分別進入一個2X2定向耦合器的第一端口，被分為兩路。其中一路定向耦合輸出到定向耦合器的第二端口，然后經光纖傳輸光波進入一根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13，接著反射式無標記光學傳感元件131將此入射的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖。然后光波輸入2X2定向耦合器的第二端口，再被分為兩路，其中一路定向親合輸出到定向親合器的第三端口。光波再經光纖傳輸進入NX 1光開關的輸入端口，即有N根光纖的那端，再通過開關操作讓N個輸入端口中指定的一個的光波從其輸出端口出來。最后光波經光纖傳輸被光探測部件14接收并測量。在此系統(tǒng)中，操作光開關使其在不同的時間指定不同的N個輸入端口之一，可以使得來自不同的反射式無標記光學傳感元件131的反射光在不同的時間被光探測部件14接收，以實現對N個樣品的多通道并行傳感。
[0061]實施例3
[0062]如圖3所示，本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括:耦合進光纖的光源10、對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關12、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13、以及光探測部件14，其中，所述反射式無標記光學傳感元件131結合于光纖13的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件131將來自光源10并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件14接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關12具有多路輸出，并通過開關使該多路輸出中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件131的反射光被光探測部件14接收，實現多通道傳感。
[0063]測量時將反射式無標記光學傳感元件131浸沒在待測樣品17中，反射式無標記光學傳感元件131將來自光源10并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件14接收并測量，測量結果反映待檢測樣品17的信息。其中，操作所述光纖輸入-輸出的光開關12可以使得在不同時刻來自不同反射式無標記光學傳感元件131的反射光被光探測部件14接收，實現多通道傳感。
[0064]在本實施例中，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的單模光纖。采用單模光纖可以提高系統(tǒng)與光通信技術的兼容性。
[0065]如圖3所示，所述光纖回路包括定向耦合裝置11，用于對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送，在本實施例中，所述定向耦合裝置11為分光比為50%:50%的2X2定向耦合器。所述光纖回路還包括合束器16，用于對多路光纖傳輸的光波進行合束傳輸。所述光纖輸入-輸出光開關12的輸入端口與光源連接，其多路輸出端口分別與所述2X2定向耦合器的第一端口連接，所述2X2定向耦合器的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口與所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13連接。所述合束器的多路輸入端口分別與所述2X2定向耦合器的與第二端口輸入在光路上直接連通的第三端口連接，所述合束器的輸出端口連接于光探測部件14。
[0066]如圖3所示，具體地，來自光源的光波耦合進光纖之后，進入光纖輸入-輸出的1 XN光開關的輸入端口，并由光纖輸入-輸出的1 XN光開關指定輸出到N個輸出端口之一。接著光波進入一個2X2定向親合器的第一端口，被分為兩路。其中一路定向親合輸出到定向耦合器的第二端口，然后經光纖傳輸后光波進入一根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13，接著反射式無標記光學傳感元件131將此入射的光纖導波反射回至其所在的同一根光纖。然后光波進入2X2定向耦合器的第二端口，再被分為兩路，其中一路定向耦合輸出到定向耦合器的第三端口。光波再經光纖傳輸進入合束器16的多路輸入端口，即有多根光纖的那端，并從合束器16的輸出端口輸出。最后光波經光纖傳輸被光探測部件14接收并測量。在此系統(tǒng)中，操作光開關使其在不同的時間指定不同的N個輸出端口之一，可以使得來自不同的反射式無標記光學傳感元件131的反射光在不同的時間被光探測部件14接收，以實現對N個樣品的多通道并行傳感。
[0067]實施例4
[0068]本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其基本結構如實施例1、實施例2或/及實施例3，其中，通過組合耦合進光纖的光源10、對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關12、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13、以及光探測部件14，實現更復雜的光纖系統(tǒng)，例如，采用兩個以上的耦合進光纖的光源10、或/及兩個以上光探測部件14、或/及兩個以上的分束器15、或/及兩個以上的合束器16，可以得到更大規(guī)模的并行傳感系統(tǒng)，又例如，采用多個光纖輸入-輸出的光開關12，或者通過定向耦合裝置11或/及光纖輸入-輸出的光開關12的輸入或/及輸出端口數的改變，可以得到不同系統(tǒng)構架的并行傳感系統(tǒng)。
[0069]具體地，如圖4所示，本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其包括兩個親合進光纖的光源10、兩個光纖輸入-輸出的光開關12、一個分束器15、多個定向親合器11、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13以及兩個光探測部件14，上述元件的連接關系可以依據實施例1及實施例2以及圖4的描述清楚得出，此處不再一一列出。其中，所述的兩個光纖輸入-輸出的光開關12分別為一個光纖輸入-輸出的1XN光開關及一個光纖輸入-輸出的MX 2光開關，其中，光纖輸入-輸出的MX 2光開關的兩個輸出端分別連接有一個光探測部件。
[0070]實施例5
[0071]本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其基本結構如實施例1、實施例2、實施例3或/及實施例4，其中，將實施例1、實施例2、實施例3或/及實施例4中的2X2定向親合器替換為3端口光學環(huán)行器。在光學環(huán)行器中，第一(二、三)端口輸入的光從第二(三、一)端口輸出。光學環(huán)行器的第一、二、三端口的連接關系分別對應實施例1、實施例2、實施例3及實施例4中2X2定向耦合器的第一、二、三端口的連接關系。
[0072]對應實施例1，所述3端口光學環(huán)行器的第一、二、三端口分別對應2X2定向耦合器的連接光源10的端口、連接單模光纖輸入-輸出的光開關12的端口和連接光探測部件14的端口。
[0073]對應實施例2，所述3端口光學環(huán)行器的第一、二、三端口分別對應2X2定向耦合器的連接分束器15的端口、連接多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13的端口和連接單模光纖輸入-輸出的光開關12的端口。
[0074]對應實施例3，所述3端口光學環(huán)行器的第一、二、三端口分別對應2X2定向耦合器的連接單模光纖輸入-輸出的光開關12的端口、連接多根端上具有反射式無標記光學傳感元件131的光纖13的端口和連接合束器16的端口。
[0075]實施例6
[0076]本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其基本結構如實施例1、實施例2、實施例3、實施例4或/及實施例5，其中，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖替換為對應其所傳輸光波的保偏光纖、或單模光纖與保偏光纖的組合。
[0077]實施例7
[0078]本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其基本結構如實施例1、實施例2、實施例3、實施例4或/及實施例5，其中，所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖替換為對應其所傳輸光波的多模光纖、或單模光纖與多模光纖的組合、或保偏光纖與多模光纖的組合、或單模光纖、保偏光纖與多模光纖的組合。其中，所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為1 ym-10mm。在一個具體的實施過程中，所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為1μπι-200 μπι。在一個具體的實施過程中，所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為1 μ m-100 μ m。
[0079]雖然采用多模光纖不利于融合基于單模光纖或保偏光纖的光通信技術，但仍然能夠得到體積小、操作簡單、多通道并行傳感等有益的效果。
[0080]實施例8
[0081]本實施例提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其基本結構如實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6或/及實施例7，其中，以上述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)為基礎，加入其他技術和元部件，例如:1)加入參考通道，以修正光源、光傳輸和/或反射式無標記光學傳感元件在溫度、應力等等因素的影響下隨著時間的變化。參考通道是探測作為參考的光信號，比如將光纖端上的反射式無標記光學傳感元件置于空氣或緩沖液等單一的媒介中，測量其反射信號作為參考，可以由光開關指定在某些時刻光入射于參考通道的傳感元件并且其反射光被探測部件接收，也可以不由光開關指定而參考通道的反射式無標記光學傳感元件的反射光直接被探測部件接收。參考通道里的光纖端面的傳感元件可以是金納米槽結構，也可以是一層沒有結構的金膜。參考通道也可以不包括反射式無標記光學傳感元件，比如將光源的光直接經光纖回路連接到光探測部件。2)對光纖導波的偏振施加控制或/及改變。3)對光纖導波使用波分復用或/及解復用技術。
[0082]實施例9
[0083]如圖6所示，本實施例對實施例1的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)進行了實驗(光波長-反射率實驗)。在本實施例中，單模光纖輸入-輸出的1X8光開關每隔50ms切換到下一個輸出端口，光譜儀以40ms的積分時間記錄每個通道的反射譜。8個端面有反射式無標記光學傳感元件131的單模光纖13分別置于盛有8種不同濃度的鹽水的容器中，分別為3%的食鹽水、7%的食鹽水、10%的食鹽水、12%的食鹽水、16%的食鹽水、19%的食鹽水、21%的食鹽水、24%的食鹽水。最后我們并行的得到8個反射譜，反映了 8個樣品的不同濃度與光學折射率?？梢钥闯觯景l(fā)明的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)既可以并行測量多個樣品，又具有較好的穩(wěn)定性。其中，在該實驗中，采用寬譜溴鎢鹵素燈作為光源，50%:50%分光比的2X2定向親合器，1X8的機械式光開關，微型光柵光譜儀作為光探測部件。光纖采用對應780nm波長的單模光纖，光纖接口為FC/APC形式。反射式無標記傳感元件是金膜上的納米槽陣列，金膜厚度25nm，納米槽貫穿整個金膜，納米槽周期635nm,納米槽寬度 50nm。
[0084]如上所述，本發(fā)明提供一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，包括:耦合進光纖的光源、對光纖傳輸的光波進行耦合或/及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖、以及光探測部件，其中，所述反射式無標記光學傳感元件結合于光纖的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件將來自光源并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關具有多路輸出和/或多路輸入，并通過開關使該多路輸出和/或多路輸入中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件的反射光被光探測部件接收，實現多通道傳感。本發(fā)明提供了一種對多個生物樣品進行檢測的多通道并行的無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，因為融合了光纖通信技術中的光纖回路、光開關等手段，此系統(tǒng)可以只包含一個光探測部件，大大降低了系統(tǒng)復雜度和減小了系統(tǒng)體積，并具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以，本發(fā)明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。
[0085]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于，包括: 耦合進光纖的光源、對光纖傳輸的光波進行耦合或/及定向傳送的光纖回路、光纖輸入-輸出的光開關、多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖、以及光探測部件，其中，所述反射式無標記光學傳感元件結合于光纖的端上，而不是與光纖分立，所述反射式無標記光學傳感元件將來自光源并經過光纖回路后照射在其上的光纖導波反射回其所在的同一根光纖，反射光經過光纖回路后被光探測部件接收并測量，所述光纖輸入-輸出的光開關具有多路輸出和/或多路輸入，并通過開關使該多路輸出和/或多路輸入中指定的光纖端的反射式無標記光學傳感元件的反射光被光探測部件接收，實現多通道傳感。
2.根據權利要求1所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖回路包括定向耦合裝置，用于對光纖傳輸的光波進行耦合及定向傳送。
3.根據權利要求2所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述定向耦合裝置包括定向耦合器及光學環(huán)行器的一種或組合。
4.根據權利要求3所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述定向耦合器為分光比為50%:50%的2X2定向耦合器。
5.根據權利要求2所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述定向耦合裝置的第一端口連接于光源，所述定向耦合裝置的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口與光纖輸入-輸出光開關的輸入端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖連接于所述光纖輸入-輸出光開關的各路輸出端口，所述定向耦合裝置的與第二端口的輸入在光路上直接連通的第三端口連接于光探測部件。
6.根據權利要求2所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖回路還包括分束器，用于對光纖傳輸的光波進行分束傳輸。
7.根據權利要求6所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述分束器的輸入端口連接于光源，所述分束器的各路分束輸出端口與所述定向親合裝置的第一端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖連接于各定向耦合裝置的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口，所述光纖輸入-輸出光開關的多路輸入端口分別與所述定向耦合裝置的與第二端口的輸入在光路上直接連通的第三端口連接，所述光纖輸入-輸出光開關的輸出端口與所述光探測部件連接。
8.根據權利要求2所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖回路還包括合束器，用于對多路光纖傳輸的光波進行合束傳輸。
9.根據權利要求8所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖輸入-輸出光開關的輸入端口與光源連接，所述光纖輸入-輸出光開關的多路輸出端口分別與所述定向耦合裝置的第一端口連接，所述多根端上具有反射式無標記光學傳感元件的光纖連接于各定向耦合裝置的與第一端口的輸入在光路上直接連通的第二端口，所述合束器的多路輸入端口連接于各定向耦合裝置的與第二端口的輸入在光路上直接連通的第三端口，所述合束器的輸出端口連接于所述光探測部件。
10.根據權利要求1所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個以上的耦合進光纖的光源、或/及兩個以上的光纖輸入-輸出的光開關、或/及兩個以上的光探測部件、或/及兩個以上的定向耦合裝置，或/及兩個以上的分束器、或/及兩個以上的合束器。
11.根據權利要求1?10任意一項所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述光源包括鹵素燈、光輻射二極管、超輻射發(fā)光二極管、超連續(xù)譜光源、放大自發(fā)輻射光源及激光器的一種或組合。
12.根據權利要求1?10任意一項所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述光探測部件包括光譜儀及光功率探測器的一種或組合。
13.根據權利要求1?10任意一項所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述反射式無標記光學傳感元件制作于光纖端面或/及粘合于光纖端面。
14.根據權利要求13所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述反射式無標記光學傳感元件為制作于光纖端面或/及粘合于光纖端面的具有納米槽陣列的金膜。
15.根據權利要求1?10任意一項所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的單模光纖、或保偏光纖、或單模光纖與保偏光纖的組合。
16.根據權利要求1?10任意一項所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)中的光纖為對應其所傳輸光波的多模光纖、或單模光纖與多模光纖的組合、或保偏光纖與多模光纖的組合、或單模光纖、保偏光纖與多模光纖的組合。
17.根據權利要求16所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為I μπι-lOmm。
18.根據權利要求17所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為I μπι-200 μπι。
19.根據權利要求18所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述多模光纖的導波纖芯的直徑范圍為I μπι-100 μπι。
20.根據權利要求1?10任意一項所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:所述多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)的待檢測樣品為包括生物分子、或/及化學分子、或/及金屬離子的能引起光學折射率或/及光程變化的物質。
21.根據權利要求20所述的多通道無標記生物傳感光纖系統(tǒng)，其特征在于:待檢測樣品為含有待測分子的溶液，當待測分子附著在反射式無標記光學傳感元件上時，反射光的光譜或/及強度發(fā)生變化并被測量到。
【文檔編號】G01N21/17GK104458587SQ201410766162
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權日:2014年12月11日
【發(fā)明者】楊天, 賀曉龍 申請人:上海交通大學