【摘 要】
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近几年,随着光纤技术的发展和新型功能材料的出现,光纤传感器已经广泛的用于工程结构、水环境污染、生物医学等领域。微纳光纤由于倏逝场非常强大而成为光纤倏逝波生物传感器的理想载体。相较于传统光纤传感器,微纳光纤传感器具有超高检测灵敏度、自由光谱范围大,体积小等特点,成为光纤传感领域的研究热点。主要的研究成果及结论如下所述:（1）在微纳光纤耦合器上构建生物实验室对食源性致病菌进行检测。通过最低检测限和特异
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近几年,随着光纤技术的发展和新型功能材料的出现,光纤传感器已经广泛的用于工程结构、水环境污染、生物医学等领域。微纳光纤由于倏逝场非常强大而成为光纤倏逝波生物传感器的理想载体。相较于传统光纤传感器,微纳光纤传感器具有超高检测灵敏度、自由光谱范围大,体积小等特点,成为光纤传感领域的研究热点。主要的研究成果及结论如下所述:（1）在微纳光纤耦合器上构建生物实验室对食源性致病菌进行检测。通过最低检测限和特异性检测结果评价微纳光纤耦合器生物传感器的性能。通过对微纳光纤耦合器表面进行生物修饰,对金黄色葡萄球菌进行特异性检测,光谱漂移量达到了1.38nm,测量检测限达到了10~1 cfu/mL。为食源性致病菌高灵敏度检测提供了可行的方案和技术。理论上探索微纳光纤耦合器结构借助游标效应增敏的物理机制,建立了游标效应下超灵敏的折射率传感器有限元仿真模型,通过对x/y不同偏振方向的相干光谱的非相干叠加形成的透射谱包络曲线随外界折射率的移动计算有效折射率,并在实验上测到游标效应下16333.11 nm/RIU的折射率灵敏度,相对于无游标效应灵敏度3962.55 nm/RIU实际提高4.12倍。（2）设计并制作了基于STNCS的微纳光纤结构,分析氧化石墨烯纳米涂层对光纤传感性能的影响。在STNCS传感区涂覆氧化石墨烯湿敏膜,在40%-98%的湿度范围内实现高灵敏度检测（灵敏度达到了0.461 nm/%RH）,同时研究了氧化石墨烯涂层厚度和微纳光纤锥区尺寸对湿度灵敏度的影响。利用氧化石墨烯材料数量丰富的含氧官能团的特点将氧化石墨烯纳米涂层作为链接层提高了抗体的实际偶联密度,改善了微纳光纤表面生物修饰工艺,进而对猪IgG蛋白分子进行检测,检测限达到了fg量级,且保持较好的稳定性,在同类传感器中具有非常明显的优势。实验进一步探索了STNCS的微纳光纤传感器表面单链DNA功能化,监测DNA的杂交过程,监测结果与杂交过程规律吻合,拓展了微纳光纤生物检测应用领域。本文提出并制作了基于耦合器结构、单模-无芯锥形-单模（Single mode-no core-single mode,STNCS）两种结构的微纳光纤传感器,从理论分析和实验验证两方面对其传感特性进行研究。探讨了微纳光纤耦合器借助游标效应提高传感灵敏度的机理,在微纳光纤耦合器上构建生物实验室,验证了其在无标生物检测领域的应用。利用氧化石墨烯的独特特性在STNCS结构表面构建湿度生物检测系统,分别实现了相对湿度和猪IgG的高灵敏度检测,并利用STNCS微纳光纤对DNA杂交进行了监测。
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