激光与光电子学进展, 2021, 58 (3): 0300005, 网络出版: 2021-03-12   

光纤隐失波生化传感研究进展 下载: 646次

Research Advancements in Optical Fiber Evanescent Wave Biochemical Sensing
作者单位
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北 武汉 430070
2 华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室,广东 广州 510640
图 & 表

图 1. 光纤结构分类:锥形光纤、U形光纤、微结构光纤和D形光纤

Fig. 1. Fiber structure type: tapered fiber, U-shaped fiber, microstructure fiber, D-shaped fiber

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图 2. 光纤隐失波传感

Fig. 2. Optical fiber evanescent wave sensing

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图 3. 检测DENVⅡ E蛋白的锥形光纤传感器的干涉谱红移特性。(a)未经PMMA表面功能化时[15];(b)经PMMA表面功能化后[16]

Fig. 3. Red shift of interference spectrum for a functionalized tapered optical fiber sensor used to detect Dengue E protein. (a) Without PMMA surface functionalization[15]; (b) with PMMA surface functionalization[16]

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图 4. 核酸功能化光纤探针[22]。 (a)基于三明治式组装的Ade检测策略的原理图;(b)Ade校准曲线

Fig. 4. Nucleic acid functionalized fiber optic probes[22]. (a) Schematic illustration of the sandwich-type assembly based Ade detection strategy; (b)calibration curve of Ade

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图 5. 制备传感器特性实验装置示意图[30]

Fig. 5. Schematic diagram of experimental setup used to characterize fabricated sensor[30]

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图 6. 基于Fe2O3涂层的微结构光纤传感器[32]。(a) Fe2O3包覆微结构光纤气敏原理示意图;(b)多芯光纤的截面图

Fig. 6. Fe2O3 nanotube coating micro-fiber interferometer[32]. (a) Diagrammatic sketch of gas sensing principle for the Fe2O3 coated MFI; (b) sectional view for the multi-core fiber

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图 7. 图7中红外分子指纹区[38]

Fig. 7. MIR molecular fingerprint region[38]

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图 8. 硫系红外光纤隐失波生化传感。(a)喂养(实纤)和饥饿(虚线)小鼠肝脏的FEWS谱[41];(b)TAS光纤记录人肺细胞红外光谱[37]

Fig. 8. Evanescent wave biochemical sensing of chalcogenide fibers. (a) FEWS spectra of fed (solid line) and starved (dashed line) mice liver[41]; (b) human lung cell infrared spectra recorded with the TAS glass fiber[37]

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图 9. 法国DIAFIR公司产品:TAS光纤隐失波传感器[42]

Fig. 9. DIAFIR company’s product in France: TAS fiber evanescent wave sensor[42]

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图 10. 聚合物涂层光纤传感[44]。(a)聚合物涂层光纤传感器隐失波光谱法的一般测量原理;(b)涂层和未涂层硫系锥形光纤对二甲苯水溶液的红外吸收光谱

Fig. 10. Polymer-coated fiber sensor[44]. (a)General measurement principle of EWS of the polymer-coated fiber sensor;(b)IR absorption spectra of six concentrations of the p-xylene aqueous solution recorded by coated and uncoated ChG-TF

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图 11. 扫描电镜图片[14]。(a)具有不同脉冲能量的孔;(b)具有24 mW脉冲能量的孔;(c)孔阵列通道;(d)线性通道;(e)不同CH4浓度下的光谱响应;(f) 吸收峰强度与CH4浓度的函数

Fig. 11. SEM picture[14]. (a) Holes with different pulse energy; (b) hole with 24 mW pulse energy; (c) hole-array channels; (d) linear channels; (e) measured spectral responses at different CH4 concentrations; (f) absorption peak intensity as a function of CH4 concentration

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表 1石英光纤生物化学传感研究概括

Table1. Research summary of silica fiber biochemical sensing

AnalyteCoatingDetection limitLinear concentration rangeSensitivityResponse time /sReference
Dengue virus3-aminopropyltriethoxysilane Dengue virus antibody0.1 μg·L-10.1‒1 μg·L-1

7×10-6

pg·mL-1

≤2 minRef. [17]
Red blood cellP-doped graphene0‒104 mg·L-1>106pm·mg-1·L-1<50 sRef. [20]
Procalcitonin

Gold nanoparticles

Procalcitonin antibody

95 fg·mL-10.0001‒100 ng·mL-1≤15 minRef. [21]
AdenosineDNA25 mmol·L-150‒3.5 mmol·L-1<300 sRef. [22]
Methylene blue2‒50 μmol·L-1≤16 minRef. [25]
Fe3+Carbon dot0.77 μg·L-10‒300 μg·L-10.0061 nm·μg-1·L-1≤4 minRef. [28]
Cd2+Propylene thiourea44.8 μg·L-10‒13440 μg·L-1Ref. [29]
pH

ZnO micro-flower

hydrogel

Acid: 2.59 nm·pH-1

Alkali: 0.70 nm·pH-1

pH:3‒11≤10 sRef. [30]
Ammonia

PDMDAAC

Sodium pyrophosphate

0.5 mg·L-10.5‒50 mg·L-1<3 minRef. [33]
CH2OZnO nanorod1.6 μg·L-10‒0.18 mg·L-19.78 dBm·mg-1·L-1200 sRef. [34]

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表 2中红外生物化学光纤传感器研究概括

Table2. Research summary of MIR biochemical optical fiber sensor

Fiber typeTransmission range /μmAttenuation /(dB·m-1)AnalyteCharacteristic peak /μmConcentration rangeResponse time /sReference
Ge20Ga5Sb10S65(MoS2Malignant tumor tissue10-9‒10-10 RIURef. [39]

As40S60

(Graphene)

Hemoglobin118 μg·dL-1Ref. [40]

Ge-As-Se-Te

(Polydopamine)

2.5‒160.57@6.52 μmP-xylene6.650 μg·mL-1<600Ref. [44]
Ge26As17Se25Te322‒100.3‒1@5.2‒9.3 μmCH3CH2OH

7.87‒8.33

8.92‒10

0‒20%(mole fraction)

0‒50% (mole fraction)

Ref. [45]
Ge26As17Se25Te325‒9CH3COCH3

7.33

8.18

1%(mole fraction)Ref. [47]
Ge20Se60Te202.5‒153.4@5.9 μm

CH3OH

CH2Cl2

9.78

7.9

Ref. [49]
GaGeSbS3‒5CHCl34.16Ref. [50]
Ge26As17Se25Te325.5‒8.5<1Antigenic additive7.830‒1%(volume raction)Ref. [52]
As2S33‒101CH43.32>10-4<20Ref. [14]
Ge-Te-AgI8‒13.5<10CO2

4.25

15

Ref. [38]

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赵旭东, 许银生, 章向华, 赵修建. 光纤隐失波生化传感研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(3): 0300005. Zhao Xudong, Xu Yinsheng, Zhang Xianghua, Zhao Xiujian. Research Advancements in Optical Fiber Evanescent Wave Biochemical Sensing[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2021, 58(3): 0300005.

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