(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210807117.5 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 王秀红　刘子豪　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 张慧 (51)Int.Cl. G01N 21/64(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种结合贵金属纳米颗粒的新型空芯反谐 振光纤传感器及检测方法 (57)摘要 本发明涉及一种结合贵金属纳米颗粒的新 型空芯反谐振光纤传感器及检测方法， 可应用于 对生化领域痕量物质的检测， 属于生物医学光子 学中的光纤传感领域。 进行检测时， 首先利用精 密注射仪将目标分析物充入功能化反谐振空芯 光纤(HARF)中， 孵育一段时间使其与功能化界面 充分反应。 然后由连续激光器发射出的激光通过 平凸透镜聚焦并耦 合进功能化HARF内。 此时由于 目标分析物与其适体的特异性结合， 荧光报告分 子脱离并被激发出荧光。 荧光恢复值与目标分析 物的浓度呈线 性关系。 最后从HARF中散射回的光 先通过滤波片滤除光源部分， 再利用光谱仪收集 并分析定量。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115326763 A 2022.11.11 CN 115326763 A 1.一种结合贵金属纳米颗粒的新型空芯反谐振光纤传感器， 包括光源部分、 准直部分、 传感部分和信号采集部分， 光源部分发射的光经过准直部分耦合进传感部分， 信号采集部 分采集传感部分中的光信号实现检测， 其特征在于： 所述传感部分采用了生物功能化的新 型空芯反谐振光纤(HARF)(6)， 生物功能化HARF(6)指内壁固定有生物探针的HARF， 所述生 物探针指结合了双链DNA的贵金属纳米颗粒， 其中， 所述双链DNA由与目标分析物相匹配的 核酸适体， 以及荧光报告分子杂交而成， 荧光报告分子包括所述核酸适体的互补链以及荧 光染料， 所述贵金属纳米颗粒 的吸收光谱与荧光染料 的发射光谱重叠， 具有很宽的传输通 带和非常低的光衰减的反谐振空芯光纤用于增强光与物质的相互作用。 2.根据权1所述的一种结合贵金属纳米颗粒的新型空芯反谐振光纤传感器， 其特征在 于： 光源部分采用连续激光器(1)； 准直部分包括依次连接的非连续衰减片(2)、 反射镜(3)、 二向色镜(4)以及第一平凸透镜(5)； 信号采集部分包括依次连接的滤波片(7)、 第二平凸透 镜(8)、 大孔径多模光纤(9)和一台光谱仪(10)， 光源部分发射的激光经过准直部分耦合进 传感部分， 信号采集部 分用于采集依次经过第一平凸透镜(5)和二向色镜(4)的传感部 分中 的光信号。 3.根据权1或2所述的一种结合贵金属纳米颗粒的新型空芯反谐振光纤传感器， 其特征 在于： 所述 光源部分的波长与荧 光染料激发波长匹配。 4.一种结合贵金属纳米颗粒的生化检测方法， 其特征在于： 将与目标分析物相匹配的 核酸适体以及荧光报告分子杂交构成双链DNA， 然后将双链DNA修饰到贵金属纳米颗粒上， 最后把双链DNA与贵金属纳米颗粒复合物固定在HARF的内壁上， 其中， 荧光报告分子包括所 述核酸适体的互补链以及荧光染料； 光源经过准直后进入HARF， 贵金属纳米颗粒的吸收光 谱与荧光 染料的发射光谱重叠， 并因贵金属纳米颗粒与荧光 染料距离较近发生FRET效应并 淬灭掉荧光染料的荧 光； 向HARF内充入目标分析物， 目标分析物与其匹配的核酸适体结合， 荧光报告分子被置 换脱离出去因而远离贵金属纳米颗粒， 此时不会发生FRET效应并会被光源光激发出荧 光； 根据前后两次荧光值计算出的荧光恢 复值与目标分析物的浓度存在线性关系， 由此实 现对目标分析物的检测。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115326763 A 2一种结合贵金属纳米颗粒的新型空芯反谐振光纤传感器及检 测方法 技术领域 [0001]本发明涉及到贵金属纳米颗粒结合新型反谐振空芯光纤构成的  传感器及相应的 检测方法， 可应用于对生化领域痕量物质的检测， 属  于生物医学光子学中的光纤传感领 域。 背景技术 [0002]微结构光纤(MOF)以其宽频带和低损耗的特性成为现代数字通  信的有效工具。 除 了作为一种优秀的光通信 介质， MOF还在流体检  测、 痕量气体检测、 基础设施内部损坏 检测 以及桥梁、 油气管道的安  全监测方面发挥着关键作用。 [0003]其中反谐振空芯光纤(HARF)是一种新型的微结构 光纤。 不同于  常见的实芯光纤， 它的导光机制基于平面波导的ARROW原理， HARF  中的包层石英管等效于法布里 ‑珀罗(FP) 谐振腔， 满足谐振条件波  长的光会透过高折射率的石英管层泄露出去， 而反谐振波长的光 会被 反射到纤芯。 由于HARF中的FP腔是相消干涉， 显著限制了泄漏，  因此大部 分光将被反 射到核心。 HARF在可见光范围内具有较宽的通  光窗口， 并且 具有单模传输、 接近零色散、 高 激光损伤阈值和低 非线 性效应等优势， 尤其是它 特殊的几何结构使得光被严格限制在核 心， 这大大增强了光与物质之间的相互作用。 因此， HARF特别适用于生  物传感检测领域的 应用。 除此之外， 光纤包层小 管以及空芯的存在也  便于与特定功能材料的集成从而开 发出 新的功能化传感器。 [0004]贵金属纳米颗粒(如金， 银)可由荧光共振能量转移(FRET)效  应来淬灭超近距离 荧光物质的荧光， 并因其吸收光谱宽， 吸光系数大，  是一种性能优越的荧光淬灭剂 。 它为新 型功能化光纤传感器提供了一  个有希望的方向。 目前也有部分新型检测手段应用了贵金 属纳米颗粒  的FRET效应来淬灭荧光， 但大多利用比如静电吸附力将荧光报告分  子与贵金 属纳米颗粒结合起来， 这种连接方式容易受检测环境影响，  导致检测稳定性和特异性不 高。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明提供了一种结合贵金属纳米颗粒的新型空芯反  谐振光纤传感 器及检测方法， 将贵金属纳米颗粒与稳定的双链  DNA(其中一条链 为核酸适体， 另一条链 为 荧光报告分子)结合物固定  到新型反谐振空芯光纤内壁， 基于荧光淬灭恢复原理， 协同新 型反谐 振空芯光纤束缚光波的能力进行检测， 解决了生化物质检测中稳定性  低的问题， 极大程度地降低了生 化物质检测限， 同时还具有较高的灵  敏度和特异性。 [0006]具体技术方案如下： [0007]一种结合贵金属纳 米颗粒的新型空芯反谐振光纤传感器， 包括光  源部分、 准直部 分、 传感部分和信号采集部分， 光源部分发射的光经  过准直部分耦合进传感部分， 信号采 集部分采集传感部分中的光信号  实现检测。 所述传感部分采用了功能化HARF(6)， 功能化说　明　书 1/5 页 3 CN 115326763 A 3