基于微结构光纤的SPR检测微流芯片

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以表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)为检测原理的微流控芯片具有检测效率高、可实时监测且样品消耗量少等优势,被广泛应用于生化检测领域。然而,目前的SPR检测微流芯片存在无法在同一芯片上满足多种检测需求、集成步骤复杂、体积进一步缩小困难等问题。为了解决这些问题,论文提出利用微结构光纤构建光纤SPR检测微流芯片的方案,实现多通道检测,并将微流控技术从芯片上转移到光纤上,逐步实现光纤SPR检测微流芯片的多功能化和全光纤化,进一步缩小微流控芯片的体积,提高微流控芯片的通量和制作灵活性。具体工作包括:(1)为解决目前无法在同一个SPR检测微流芯片上满足多种检测需求的问题,论文提出了一种多工作模式的光纤复合型SPR检测微流芯片。该芯片由哑铃光纤制成的SPR检测单元与聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)制成的微流体器件相集成,哑铃光纤具有两个开放气孔,与微流通道集成后可形成两个相互独立的传感区域,通过在不同的传感区域上修饰不同功能材料的方式,可在同一个光纤上实现多种检测功能的集成。最终在该芯片上实现了高折射率物质检测、双参量检测以及温度补偿三种工作模式的集成,解决了光纤SPR检测微流芯片检测功能单一的问题。(2)为了简化光纤复合型SPR检测微流芯片的集成工艺,论文将微流芯片全光纤化,提出了一种单通道全光纤SPR检测微流芯片。该芯片的SPR检测单元及微流通道均由D形光纤提供,首先在设计制作的D形多模光纤上构造SPR传感区,将其嵌套于石英管内构成半圆柱状微流通道,无需复杂的集成工艺即可完成芯片的制作,后续对SPR传感区表面进行增敏及特异性修饰,在此芯片上实现了对细胞因子的特异性检测。此芯片不仅简化了微流芯片的制作工艺,还进一步缩小了微流芯片的体积并且减少了样品消耗量。(3)为了在全光纤化的基础上,微流芯片仍能保持较高的检测效率,论文还提出了一种空分波分技术复合的多通道全光纤SPR检测微流芯片。该芯片的微流通道由双边孔光纤自身的两个气孔提供,SPR检测模块由纤芯裸露于空气中的哑铃形光纤制成,并通过光纤微加工技术进行组合封装。双边孔光纤和哑铃光纤内部的两个通道既可以在空分复用模式下分别对两种物质进行检测,也可以在波分复用模式下同时对两种物质进行检测。这种方案在微流芯片全光纤化的基础上实现了多参量检测,提升了检测通道的利用率,进一步提升了芯片的检测效率。
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