近年來,基于光纖光柵的局域表面等離子體共振效應(yīng)（LSPR）的傳感器在生物醫(yī)學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。極大傾角光纖光柵（ExTFG）相較于傳統(tǒng)的布拉格光柵（FBG）和長周期光柵（LPFG）具有極低的溫度交叉敏感效應(yīng),因此在對穩(wěn)定性要求極高的生物免疫反應(yīng)檢測/監(jiān)測領(lǐng)域更具優(yōu)勢。新型二維納米材料氧化石墨烯（GO）由于具有豐富的含氧官能團(tuán)、大比表面積等特點,將其引入生物傳感器的表面,可提高生物功能化的修飾效果,進(jìn)而提升生物傳感器的檢測性能。但目前關(guān)于GO集成ExTFG生物傳感器的相關(guān)報道較少,且傳感器多為透射式,不利于實現(xiàn)原位檢測。本文以ExTFG為平臺制作GO修飾的LSPR探針式生物傳感器,用于對肝癌標(biāo)志物——細(xì)胞程序性死亡-配體1（PD-L1）分子的檢測,主要研究內(nèi)容有:（1）詳細(xì)闡述ExTFG的耦合模理論,并根據(jù)ExTFG的相位匹配條件及模式耦合原理,做光譜響應(yīng)特征分析。對LSPR增強(qiáng)ExTFG傳感性能的機(jī)理進(jìn)行理論分析,為后續(xù)實驗奠定理論基礎(chǔ)。（2）制作GO集成的ExTFG-LSPR生物傳感器,對PD-L1抗原分子進(jìn)行檢測,并在人血清環(huán)境下測定和分析傳感器的特異性與臨床... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傾斜光纖光柵耦合光路圖

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文14圖2.2不同傾斜角度相位匹配情況,(a)<45°,(b)=45°,(c)>45°;(d)81°TFG傾斜條紋顯微圖本研究所采用的ExTFG傾角大約在81°，采用幅度掩膜法刻制[69]。其柵區(qū)傾斜條紋的顯微圖如圖2.2（d）所示。根據(jù)以上的分析可知，ExTFG柵區(qū)條紋傾斜大于78.5°，因此，無論是用于對氣體濃度的檢測，還是在溶液中對生物分子進(jìn)行檢測，其光路耦合方式均保持不變，即前向傳輸纖芯基模與同向傳輸包層模之間的耦合，為透射式的光纖光柵。2.2極大傾角光纖光柵數(shù)值分析普通單模光纖或者光纖光柵擁有圓對稱結(jié)構(gòu)，在使用與分析過程中可以忽略雙折射效應(yīng)的影響，然而在ExTFG中，光柵條紋與光纖軸向存在一定的角度，使光柵截面不再擁有圓對稱結(jié)構(gòu)，因此在其纖芯中存在強(qiáng)烈的雙折射效應(yīng)，所以在ExTFG傳感器的理論分析或是設(shè)計使用過程中都需要考慮它的影響。ExTFG將芯基本模式的橫向電場模式（TE）和橫向磁場模式（TM）分別耦合到包層模，表現(xiàn)出雙峰特性。2.2.1模式有效折射率在分析光纖光柵模式耦合時，必須考慮到光纖有效折射率（包括纖芯基模和包層模有效折射率），其值不僅受工作波長的影響，還依賴于光傳播的模式。在解纖芯基模有效折射率時，可將光纖纖芯理想的近似為圓柱形帶電導(dǎo)體，并且視包層為無窮大，在這種理想情況下纖芯基模（TEM01）的有效折射率的色散方程為[70，71]：0)()()()(0110wKwwKuJuuJ（2-26）

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文16的色散拐點呈現(xiàn)出“藍(lán)移”趨勢。ExTFG的傳輸光譜中存在兩組偏振相關(guān)的諧振峰，即TM模與TE模諧振峰，其峰值的波長間隔為[72]：TEeffTMeffTMmclTMcleffcoTEeffTMmclTETMnddnddnn),(,,),(,)(1（2-33）式中，TM為TM包層模的因數(shù)；n表示包層TE模與包層TM的有效折射率折射率差值。從式（2-33）中可見當(dāng)模式的諧振峰中心波長固定時，峰值間距隨模式階數(shù)m的變化而改變。本課題所采用的ExTFG光柵的軸向周期~30μm，其包層模式在30階左右，該階數(shù)位于色散拐點之后，TE模的諧振峰波長大于TM模的諧振峰中心波長。圖2.3（a）為ExTFG在C-L波段（1250~1650nm）的透射光譜，2.3（b）為1550~1570nm范圍透射光譜，可見，隨著模式階次m的升高，TE與TM模諧振峰中心波長的間隔逐漸增大，與理論分析結(jié)果相符。圖2.3（a）ExTFG在1250~1650nm內(nèi)的透射光譜；（b）1550~1570nm范圍透射光譜利用起偏器將傳輸光變?yōu)榫�偏光，通過偏振控制器來改變線偏光的偏振方向，使ExTFG工作在TE模式或是TM模式。并且TE與TM模式不會同時被激發(fā)，即TE模式處于完全激勵狀態(tài)時，TM模式的諧振峰便會消失，反之亦然。2.2.3ExTFG折射率傳感原理本文設(shè)計的生物傳感器通過觀察諧振波長的漂移來監(jiān)測外界環(huán)境折射率的變化，屬于波長調(diào)制型傳感器，而式（2-32）的ExTFG相位匹配條件正是描述了包層有效折射率與諧振波長的關(guān)系，即隨外界環(huán)境折射率的改變，包層模有效折射率發(fā)生變化，改變了相位匹配條件，從而使諧振波長產(chǎn)生偏移。文獻(xiàn)分析得出包層模靈敏度可表示為[72]：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]石墨烯光纖及其應(yīng)用[J]. 畢衛(wèi)紅,馬敬云,楊凱麗,田朋飛,王曉愚,李彩麗.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2017(04)
[2]超聲輔助Hummers法制備氧化石墨烯[J]. 鄒正光,俞惠江,龍飛,范艷煌.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報. 2011(09)
[3]半殼結(jié)構(gòu)金納米膜的局域表面等離子體共振效應(yīng)[J]. 洪昕,杜丹丹,裘祖榮,張國雄.  物理學(xué)報. 2007(12)

博士論文
[1]金屬納米顆粒的光纖傳感器研究[D]. 謝志國.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009

碩士論文
[1]氧化石墨烯集成極大傾角光纖光柵的生物傳感器研究[D]. 盧化鋒.重慶理工大學(xué) 2019
[2]大角度傾斜光纖光柵表面等離激元生物傳感器研究[D]. 魯姣.重慶理工大學(xué) 2019



本文編號：3441838