(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210108307.8 (22)申请日 2022.01.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114441481 A (43)申请公布日 2022.05.06 (73)专利权人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 刘琨　井建迎　刘铁根　江俊峰　 王双　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 刘同欣 (51)Int.Cl. G01N 21/552(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (56)对比文件 CN 10181913 6 A,2010.09.01CN 112461794 A,2021.0 3.09 CN 209459675 U,2019.10.01 US 10348058 B1,2019.07.09 JP 2005308658 A,2005.11.04 郑迪 等.“新型等离 激元光学和过渡金属二 硫化物复合体系 ”. 《中国科 学:物理学 力学 天 文学》 .2019,第49卷(第12期),第1-24页. Kun Liu et al.， . “Theoretical model ing of a coupled plas mon waveguide reso nance sensor based o n multimode optical fiber ”. 《Optics Com munications》 .2018,第410卷第 552-558页. Pavithra Sriram et al.， . “Hybridizi ng Plasmonic Materials w ith 2D-Transiti on Metal Dic halcogen ides toward Functi onal Applications”. 《SMALL》 .2020,第16卷(第15 期),第1-27页. 审查员 邓南林 (54)发明名称 近导波光纤S PR探针、 制备方法及 传感系统 (57)摘要 本发明公开了一种近导波光纤SPR探针， 包 括多模光纤， 所述多模光纤的一端具有去除包层 的纤芯柱； 利用抛磨砂轮将纤芯柱的末端表面磨 平， 其磨平的端面为纤芯端面， 所述纤芯柱由内 及外包括近导波电介质层和第一贵金属层； 在所 述纤芯端面上固化设置有第二贵金属层； 且所述 第二贵金属层的厚度大于所述第一贵金属层的 厚度。 还公开了近导波光纤SPR探针的制备方法 和传感系统， 能够对低浓度生物溶液的折射率样 本进行检测， 具有高检测精度、 高灵敏度、 高稳定 性、 检测便捷的优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114441481 B 2022.09.16 CN 114441481 B 1.一种近导波光纤S PR探针的制备 方法， 其特 征在于， 所述近导波光纤SPR探针， 包括多模光纤 （1） ， 所述多模光纤 （1） 的一端具有去除包层的 纤芯柱 （5） ； 利用抛磨砂轮将纤芯柱 （5） 的末端表面磨平， 其磨平的端面 为纤芯端面 （6） ； 所述纤芯柱 （5） 由内及外包括近导波电介质层 （2） 和第一 贵金属层 （3） ； 所述近导波电介质层中均匀掺杂纳米金属颗粒， 其固化在所述纤芯柱 （5） 的外表面； 所述第一 贵金属层固化在所述近导波电介质层 （2） 的外表面， 用于 激发SPR效应； 以及 在所述纤芯端面 （6） 上固化设置有用于反光的第二贵金属层 （7） ， 且所述第二贵金属层 （7） 的厚度大于所述第一 贵金属层 （3） 的厚度； 所述制备 方法包括如下步骤： 步骤1： 预处 理多模光纤 利用光纤切割刀去除多模光纤一端的包层， 露出厘米量级长度的纤芯柱 （5） ， 利用抛磨 砂轮将纤芯柱 （5） 的末端表面磨平， 形成纤芯端面 （6） ； 步骤2： 镀制第二 贵金属层 将所述纤芯柱 （5） 用纸遮住露出纤芯端面 （6） ， 将所述多模光纤 （1） 固定于金属支架上， 置于磁控溅射仪中， 在纤芯端面 （6） 上 溅射贵金属膜形成第二 贵金属层 （7） ； 步骤3： 镀制近导波电介质层 将所述纤芯柱 （5） 置于浓硫酸与过氧化氢以3:1体积比混合制备的水虎鱼溶液中浸泡 30分钟， 取出并冲洗干净， 使所述纤芯柱 （5） 表面羟基化而带有负电； 然后将羟基化的纤芯 柱 （5） 置于聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中， 通过静电自组装效应使得纤芯柱表面带有正 电； 再将0.1  mg/mL的含有直径为40 ‑45nm的纳米金星颗粒水溶液与0.5mg/mL的含有横向尺 寸为100‑120nm的二硒化钨水溶液以体积比1:3混合； 将制备的带有正电的纤芯柱 （5） 固定 于提拉镀膜机上， 基于提拉镀膜法在带有正电的纤芯柱上镀制混合溶液； 由于二硒化钨表 面带有负电， 在静电吸 附的作用下， 纤芯柱面上形成一层均匀的掺杂纳米金星的二硒化钨 近导波电介质层 （2） ； 步骤4： 镀制第一 贵金属层 将步骤3制备的纤芯柱 （5） 固定于卡具上并置于磁控溅射仪中溅射贵金属膜从而形成 第一贵金属层。 2.根据权利要求1所述的近导波光纤SPR探针的制备方法， 其特征在于， 所述第一贵金 属层和第二 贵金属层厚度为纳米量级。 3.根据权利要求1所述的近导波光纤SPR探针的制备方法， 其特征在于， 所述近导波电 介质层 （2） 厚度为纳米量级。 4.根据权利要求1所述的近导波光纤SPR探针的制备方法， 其特征在于， 所述纤芯端面 （6） 与所述多模光纤 （1） 的中心轴垂直设置 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114441481 B 2近导波光纤SP R探针、 制备方 法及传感系统 技术领域 [0001]本发明涉及SPR生物传感器领域， 具体涉及一种用于低折射率增敏的近导波光纤 SPR探针、 制备 方法及传感系统。 背景技术 [0002]基于表面等离子体共振(Surface  Plasmon Resonance,SPR)的光纤传感器具有体 积小、 质量轻、 成本低、 灵敏度高、 免标记等传感优势， 可以实现远距离、 实时在线和多参量 检测。 因此光纤SPR传感器在 食品安全、 环 境监测和疾病早期 筛查等领域具有广阔的应用前 景。 然而， 随着 检测技术的要求不断提高， 具有光纤基底/金属层/检测样 本结构的传统光纤 SPR传感器在灵敏度、 检测精度等方面已经不能很好地满足检测需求。 因此， 光纤SPR传感器 的性能提升方法开始被越来越多地研究， 并主 要包含以下两个方面。 [0003]第一种是合理灵活地设计光纤基底， 比如基于侧边抛磨光纤、 拉锥光纤和将光纤 弯曲成U型等方式增大倏逝场泄露提升传感器灵敏度， 或者使用光子晶体光纤、 多芯光纤等 商业化特种光纤作为基底， 利用特种光纤对温度不敏感等特性提升传感器性能。 第二种方 式是传感器表面纳米材料改性， 将具有高、 复介电常数的纳米材料通过物理、 化学方法修饰 到光纤SPR传感器金属层表面， 来提升传感器表面的电场强度， 进而提升传感器灵敏度。 然 而， 将纳米材料修饰到传感器外表面后， 由于纳米材料增大了表面等离极化激元 的辐射损 耗， 因此传感器的半峰全宽展宽严重， 可高达20 0nm， 这严重降低了传感器的检测精度。 [0004]CN109085140A公开了一种高灵敏度光纤SPR生物传感器， 它的基本原理是表面等 离激元共振， 其利用金膜与金纳米粒子之间的耦合效应从而提高传感器的检测灵敏度。 然 而这种方式中纳米材料修饰在金膜上侧， 这极大展宽了传感器半峰全宽， 降低了检测精度， 且纳米材料在检测液相样本过程种极易脱落， 这使得传感器的稳定性较差。 同时， 传感器使 用在线传输式结构， 检测过程中涉及熔接等复杂操作， 使得检测流程繁琐， 不利于传感器的 便捷性。 [0005]CN105738325A公开了一种多包层光纤双边研磨型SPR双参量传感器， 基于多包层 双边研磨的SPR双参量传感器是在双边研磨多包层光纤的X方向研磨面上镀膜上第一层金 属材料和 第二层金属材料， Y方向研磨面上镀膜上金属材料。 两平面镀膜材料等参数的不同 使相应SPR损耗谱对外界环境参数灵敏度不同， 从而达到双传感目的， 但这种结构复杂， 检 测时需要繁琐的切割和熔接操作， 制作工艺和造价高， 实用价 值不高。 [0006]为此， 需要一 款检测便捷， 灵敏度高、 检测精度高和稳定性 好的光纤S PR探针。 发明内容 [0007]本发明的目的在于克服现有光纤SPR传感器多为在线传输形式， 检测过程涉及熔 接等繁琐操作， 在利用纳米材料增敏过程中过度展宽半峰全宽而降低检测精度和传感器检 测液相样本过程中纳米材料易脱落而降低稳定性的问题， 本发明提出了一种用于低折射率 增敏的近导波光纤SPR探针、 制备方法及传感系统。 本发明将 近导波电介质层涂覆于金膜下说　明　书 1/5 页 3 CN 114441481 B 3