学长专利说明书

1、说明书 一种基于微流通道和长周期光栅的菜豆荚斑驳病毒检测系统 技术领域 本实用新型涉及菜豆荚斑驳病毒检测技术、长周期光纤光栅传感、微流控领域，利用的是长周期光纤光栅对外界折射率敏感特性、聚二甲基硅氧烷能对溶液进行微流控制的特点，该测定仪含有结构简单、安全灵敏、体积小、响应敏捷、耐腐蚀等诸多优点。背景技术农产品产量问题一直是社会极为关注的焦点，尤其是豆科植物，菜豆荚斑驳病毒是危害大豆等豆科植物的重要病毒，对大豆的生长具有很大的危害性，会导致大豆的大面积减产甚至是绝产。因此对菜豆荚斑驳病毒的检测显得很有必要。在使用传统反转录聚合酶链式反应技术用于菜豆荚斑驳病毒检测中依旧存在着不能定量分析、实验步骤

2、多、操作复杂，实验时间长等缺点，并且很难实现在线实时检测。因此本实用新型提出一种简单高效、成本低廉、直接实时的菜豆荚斑驳病毒检测系统。以光纤传导和收集光信号并进行生物检测的传感器统称为光纤生物传感器，它集成了光纤传感器本身具有的灵敏度高，抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，小巧轻便等优点。实用新型内容 本实用新型的目的是为了解决上述产生的问题，满足人们的需求，提出一种基于微流通道和长周期光栅的菜豆荚斑驳病毒检测系统，该系统设计合理、安全灵敏、体积小、耐腐蚀，应用前景广阔、结果准确。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于微流通道和长周期光栅的菜豆荚斑驳病毒检测系统，由宽带光源、输入光纤、长

3、周期光纤光栅、输出光纤、光谱仪、聚二甲基硅氧烷微流通道底片与基片、塑料导管、注射泵、废液池组成。本实用新型利用由聚二甲基硅氧烷基片和聚二甲基硅氧烷底片合成的聚二甲基硅氧烷微流通道将长周期光纤光栅封装，并将不同浓度的菜豆荚斑驳病毒溶液在注射泵的动力下通过塑料导管注入到长周期光纤光栅上，使溶液与长周期光纤光栅充分接触，从宽带光源发出的光经输入光纤后，透射光谱的谐振波长会发生变化，通过观察光谱仪上的透射光谱谐振波长值，拟合得到谐振波长值与菜豆荚斑驳病毒溶液浓度的关系，则通过谐振波长值就可以达到检测菜豆荚斑驳病毒溶液浓度的目的。 本实用新型所述的宽带光源用作发出入射光，工作波长范围为600 nm至18

4、00 nm，光谱范围能够包含所刻写的长周期光纤光栅的谐振波长。 本实用新型所述的光谱仪工作波长范围为700 nm至1800 nm，方便连接输出光纤，重量为330g，便于携带。本实用新型所述的聚二甲基硅氧烷具有良好的化学稳定性、电绝缘性和耐候性、疏水性好，是最广泛的以硅为基础的有机聚合物材料，无毒无味，并具有很高的抗剪切能力，可在-50200下长期使用，适用于实验室环境。该微流通道由聚二甲基硅氧烷基片和聚二甲基硅氧烷底片合成，将长周期光纤光栅放置在该微流通道里，能够排除外界温度变化和压力等硬性因素干扰，给予光栅与菜豆荚斑驳病毒溶液充分的接触反应空间。本实用新型所述的塑料导管直径为0.8mm，分为

5、输入导管和输出导管，两根导管分别插在聚二甲基硅氧烷的左右两侧用于引入溶液和引出溶液。样品溶液装在注射器里在注射泵的动力下通过输入导管进入聚二甲基硅氧烷，当发现溶液从输出导管出来时，认为此时溶液和聚二甲基硅氧烷已经充分接触。每一组溶液检测完，注射磷酸缓冲盐溶液通过输入、输出导管进行反复清洗。本实用新型所述的长周期光纤光栅是将单模光纤用二氧化碳激光器残余应力释放法刻写，并用HF腐蚀的方法提高长周期光纤光栅对外界折射率的敏感响应。纤芯的有效折射率由纤芯的折射率与包层的折射率决定，对光纤周围环境介质的折射率不敏感。而包层的有效折射率不仅对纤芯和包层的折射率敏感，对环境介质的折射率也敏感。在光纤周围环境

6、介质的折射率发生变化时，包层有效折射率会受到影响，并且直接造成的结果是衰减峰的振幅的改变和谐振波长的偏移。这种光谱的变化可以用来衡量环境介质的折射率，能够确定一个特定物质的浓度。衰减峰谐振波长会随着环境介质折射率的变化而向短波或长波方向偏移，环境介质折射率对谐振波长的影响如下式所示： 其中是环境介质的折射率。不同阶的包层模，式子 QUOTE 是不同的。因此耦合的包层模的阶数对长周期光纤光栅的特性有很大的影响。由于高阶模会进一步延伸到光纤外围，因此高阶包层模对环境介质折射率变化具有更好的敏感性。当环境介质折射率小于包层折射率时，模式耦合可以用全反射解释，并且可以观察到明显的强衰减峰。当环境介质折

7、射率增大，但仍小于光纤包层折射率时，衰减峰向短波方向偏移（蓝移），但衰减峰的强度逐渐减小。当环境介质的折射率趋近于包层折射率时，波长偏移量更大，衰减峰强度更小。当环境介质折射率与包层折射率相同时，包层成为了一个无限延伸的介质，不能产生离散的包层模。此时，透射谱没有明显的衰减峰，变得平坦。当环境介质折射率大于包层的折射率时，包层模不再产生全反射，而用菲涅尔反射来解释模式结构。由于菜豆荚斑驳病毒溶液的折射率都略高于长周期光纤光栅包层的折射率（1.45），因此用菲涅尔反射原理分析包层模式的光在长周期光纤光栅包层和介质分界面处的变化，表达式为： 其中为反射率，分别表示长周期光纤光栅包层和菜豆荚斑驳病毒

8、溶液的折射率。随着菜豆荚斑驳病毒溶液浓度的减小，折射率则增大，反射率便逐渐变小，谐振波长处的透射光强也就随之减小，对应的透射光衰减峰的深度就会逐渐增大。当不同浓度菜豆荚斑驳病毒溶液注入到聚二甲基硅氧烷微流通道， 会发生变化，从而使光谱图上的波形发生变化，从光谱图上得到的则是波长的移动，通过检测衰减峰波长值就可以达到测定菜豆荚斑驳病毒溶液浓度的目的。本实用新型所具有的特点优势为：1.系统结构简单，容易操作；2. 菜豆荚斑驳病毒溶液的浓度测定直接实时；3.将长周期光纤光栅放置在聚二甲基硅氧烷微流通道里能够排除外界干扰因素，保证仅有菜豆荚斑驳病毒溶液浓度对透射光谱的谐振波长的作用，极大程度上减小误差

9、；4.长周期光纤光栅为单模光纤用二氧化碳激光器残余应力释放法刻写而成，并用HF腐蚀的方法提高其对外界折射率的敏感响应，能够进一步减小误差；5.实验操作不涉及危险药品，安全易操作，成本低廉。附图说明图1为本实用新型的结构示意图 图2为本实用新型的实验结果图具体实施方式本实用新型适用的温湿度条件为：15 ，0-90% RH。如图1所示，它是一种基于微流通道和长周期光栅的菜豆荚斑驳病毒检测系统，宽带光源（1）的光谱范围为600 nm-1800 nm，发出的入射光通过输入光纤（2）进入由聚二甲基硅氧烷基片（5）和聚二甲基硅氧烷底片（8）合成的聚二甲基硅氧烷微流通道，其中装有长周期光纤光栅（7），其谐振

10、波长为1535.6 nm，用装有被测菜豆荚斑驳病毒溶液的注射器在注射泵（3）的动力下通过输入导管（4）进入聚二甲基硅氧烷微流通道，当有溶液从输出导管（6）出来进入到废液池（11）时，停止注射泵工作，静置3分钟后，得到通过输出光纤（9）到达光谱仪（10）上形成的的透射光衰减峰的谐振波形，并在光谱仪上固定，然后用磷酸缓冲盐溶液反复清洗，使谐振波形图恢复到空气中的波形图，再依次测量不同浓度的菜豆荚斑驳病毒溶液，得到与其相对应的谐振波长值，观察并记录。如图2所示，这是在实验室得到的实验结果图。图2表示不同浓度的菜豆荚斑驳病毒溶液的透射光谱，随着浓度的变化，通过输出光纤到达光谱仪上形成的透射光衰减峰的谐

11、振波形不同，由此可检测菜豆荚斑驳病毒溶液浓度。本领域技术人员清楚地知道，根据本实用新型的方法，可以对其他生物传感领域如苏云金杆芽病毒、相思毒病毒、人类免疫球蛋白等某些物质进行检测，宽带光源、长周期光纤光栅、聚二甲基硅氧烷微流通道、光功率计可以进行新波长的统一搭配，装置结构可以进行优化设计，本实用新型的保护范围并不局限于以上实施例。注意事项一、申请发明专利或者实用新型专利应当提交说明书，一式一份。二、说明书应当打字或者印刷，字迹应当整齐清晰，呈黑色，符合制版要求，不得涂改，字高在3.5毫米至4.5毫米之间，行距在2.5毫米至3.5毫米之间。说明书首页用此页，续页可使用同样大小和质量相当的白纸。纸张应当纵向使用，只限使用正面，四周应当留有页边距：左侧和顶部各25毫米，右侧和底部各15毫米。三、说明书第一页第一行应当写明发明创造名称，该名称应当与请求书中的名称一致，并左右居中。发明创造名称与说明书正文之间应当空一行。说明书格式上应当包括下列五个部分，并且在每一部分前面写明标题：技术领域 背景技术 发明内容 附图说明 具