本技术属于光学传感器，具体涉及用于生物分子或化学分子检测的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器和检测系统。
背景技术：
1、常见的生物、气体浓度检测技术有液相色谱法、气相色谱法、电化学法、吸收光谱法、酶联免疫吸附试验和表面等离激元传感器等，然而以上大多数检测方法需要昂贵且复杂的检测仪器、耗费大量的溶液体积以及复杂的表面化学处理工艺，导致其在实际使用过程中依旧存在很多缺陷，如重复利用率低，检测成本高，长时间稳定性差等。
2、光学微腔作为一种可以将光信号放大的谐振腔，由于其高灵敏度和光谱分辨率、可片上集成化以及可实现微量痕量溶液检测被广泛研究。常见的光学微腔包括法布里珀罗型、回音壁模式型和光子晶体型，其中，相比于回音壁模式型和光子晶体型，法布里珀罗型光学微腔具有极高的传感灵敏度、强光物质作用、制备工艺简单以及易于集成光微流通道等优势，因此在新型传感器的开发中具有潜在的研究价值。然而，目前绝大多数的法布里珀罗型光学微腔仍存在以下问题：（1）不同法布里珀罗型光学微腔之间存在制备工艺误差，导致其鲁棒性很差；（2）绝大多数研究的法布里珀罗型光学微腔q值低，即在制备过程中由于无法保证两面反射镜高度平行而导致的光学走离损耗，极大的影响了法布里珀罗光学微腔的传感性能；（3）需要在法布里珀罗型光学微腔中集成一些透镜结构，导致其前期制备工艺复杂。以上问题，均降低了法布里珀罗型光学微腔在生物分子或气体分子检测中的传感性能。
技术实现思路
1、本实用新型的目的在于提供一种可重复利用、具有高q值且制备简单、可同时用于生物分子或化学分子检测、高灵敏高的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器及其制备方法，此外还提供基于该法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的检测系统。
2、本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器，如图1所示，包括：一根方形毛细石英管、高反射率材料薄膜；其中：所述方形毛细石英管为中空结构，所述高反射率材料薄膜蒸镀在方形毛细石英管的一组相对面（例如方形毛细石英管的左、右两侧面）上，形成法布里珀罗型平行平面光学谐振腔，使耦合到方形毛细管中的光形成谐振，在光谱上表现为一系列周期性调制的谐振峰或者谐振谷；毛细管两端开口，一端通过特氟龙管可与待测分析物连接，另一端通过特氟龙管可与微流控系统连接。其中：
3、所述方形毛细石英管，是指其截面形状是正方形、矩形或相对面是椭圆弧形的毛细石英管；
4、所述高反射率，是指反射光波长从近紫外光到中红外光波段；
5、所述高反射率材料薄膜为高反射率介质薄膜或金属薄膜；
6、所述毛细石英管是指二氧化硅毛细管；
7、所述介质薄膜是指硫化锌、氟化镁、硫化锌、氟化镁等材料中两种或两种以上形成的薄膜。
8、本实用新型中，所述方形毛细石英管的高度为50-5000 μm，壁厚为5-100 μm。
9、本实用新型中，所述高反射率介质薄膜，为由多层高低不同折射率的介质材料交叉周期性排列形成的薄膜，形成布拉格反射镜。
10、本实用新型中，所述多层高低不同折射率的介质材料交叉周期性排列形成薄膜，就是由多种（两种或两种以上）具有不同折射率的介质材料，按折射率的大小依次排列形成薄膜，并可进一步周期性延拓排列得到复合薄膜；最终组合形成对入射光具有反射率的反射薄膜；每种材料的厚度（ t）可由其自身的折射率（ n）和入射光波长（ λ）决定，即 t= λ/(4 n)，反射率的大小取决于多种材料堆叠的层数。
11、本实用新型中，所述金属薄膜对与不同波段的入射光具有一定的反射率，其反射率的大小取决于金属薄膜的厚度；因此，金属薄膜反射率的大小由其厚度控制，通过选择不同金属膜材料、不同金属膜材料的厚度，可以得到期望反射率。
12、本实用新型中，所述金属薄膜为金膜或者银膜，根据反射率的要求，金属薄膜的厚度范围为20-100 nm。
13、本实用新型中，所述高反射率薄膜的反射率为90-99.999%。
14、本实用新型中，毛细石英管中通入的待测分析物可以是生物分子或者化学分子，根据检测分子的不同，产生相应的检测机理，其中：
15、当待测分析物是生物分子时，基于腔的谐振原理，即平行平面腔内介质的有效折射率变化所引起谐振波长的移动，实现对于生物分子浓度以及种类的特异性检测。
16、当待测分析物是化学分子时，基于比尔朗伯定律，即平行平面腔内介质的有效损耗系数变化引起谐振峰强度的变化或谐振峰线宽的变化，实现对于化学分子浓度及种类的特异性检测。
17、本实用新型还提供上述法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的制备方法，参见图2，具体步骤为：
18、（1）选取一段长为20-30 mm的方形毛细石英微管，依次利用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗3-5分钟，清洗结束后将其放在干净的培养皿中待其自然风干，如图2-ⅰ；
19、（2）利用镀膜机在方形毛细管的一面先蒸镀一层厚度为3-5 nm的金属铬或镍材料作为黏附层，用于保证后续的高反射率薄膜可以黏附在方形毛细管的表面；
20、（3）在步骤（2）的基础上，利用镀膜机进一步在方形毛细管的表面蒸镀高反射率薄膜，其中高反射率薄膜的反射率根据实际需求确定，高反射率薄膜可以是高低折射率周期性交叉排列的介质薄膜或金属薄膜（如金膜或银膜），如图2-ⅱ；
21、（4）第一面的高反射率薄膜蒸镀完成后，将方形毛细管沿着角向180°旋转，然后根据步骤（2）-（3）中同样的参数，在第一次蒸镀高反射率薄膜的对立面蒸镀同样的黏附层和反射率薄膜，如图2-ⅲ；
22、（5）蒸镀完成后，将镀膜后的方形毛细管取出，其一端通过特氟龙管与待测分析物连接，另外一端通过特氟龙管与微流控系统连接，形成法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器，如图2-ⅳ。
23、本实用新型还提供基于上述法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的检测系统，参见图3，该检测系统包括：由宽谱光源或可调谐激光器4、单模光纤跳线5、光纤准直器6、物镜a8、法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器9、物镜b10、透镜a11、光电探测器12和电脑18依次连接形成的传感光路；此外还包括由物镜a8、分束器7、透镜b13、ccd光学成像器件14和电脑18依次连接组成的成像光路；分束器7置于光纤准直器6与物镜a8之间；其中：
24、宽谱光源或可调谐激光器，用于发出检测光；单模光纤跳线用于将宽谱光源或可调谐激光器输出的检测光传输到光纤准直器中；光纤准直器用于将单模光纤跳线输出的发散光准直成平行光；物镜a用于聚焦光纤准直器准直后的平行光，并将其耦合到法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器中；法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器用于检测待测分析物（如生物分子或化学分子）；物镜b用于准直法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的输出透射光信号，并将其传输给远端的光电探测器；透镜a用于聚焦镜物镜b后输出的准直透射光信号，并将其聚焦于光电探测器的感光元件区域用于光信号的检测；光电探测器用于收集最终的透射光信号，并将其转化成电信号传输给电脑进行光谱的实时分析监测；
25、此外物镜a也用于法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的表面成像，并将其收集到的成像信息传输给远端的分束器；分束器用于将物镜a传输的成像信息通过90°角折叠光路传输给远端的ccd光学成像器件；透镜b用于将法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的表面成像信息聚焦于ccd光学成像器件的感光面元；ccd光学成像器件用于收集法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的表面成像信息并将其转换成电信号传输给远端的电脑；电脑用于实时显示法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的表面结构，保证信号光在特定区域的精确耦合。
26、上述检测系统的检测流程为：
27、开启宽谱光源或可调谐激光器，发出检测信号光；精细调节法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的位置并同时用ccd光学成像器件实时观察，将检测信号光耦合到待测试区域，直至电脑端可以观察到透射光谱信号；利用微流控系统抽取待测分析物进入方形毛细管中，同时监测透射光谱中谐振峰的移动，并实时分析、显示和保存数据。
28、本实用新型所实现的技术原理为：直接在方形毛细管的一组对立面上蒸镀高反射率薄膜，由于方形管的制备工艺很成熟，因此可以保证一组对立的面互相保持高度平行，当入射光耦合进入法布里珀罗型方形毛细管光学微腔中后，光子会在方形毛细管的两个高反射率薄膜之间被多次反射并形成谐振，最终在透射光谱中表现为一系列周期性（自由光谱范围，fsr）排列的谐振峰；其中谐振峰的半高全宽（fwhm）取决于两个反射膜的反射率和平行度、腔耦合效率及腔内损耗，反射膜的反射率越高，平行度越高，耦合效率越高，腔内损耗越小，谐振峰的fwhm越窄，光谱分辨率越高；本实用新型专利基于方形毛细管的对立面高度平行且反射膜反射率足够高，实现了极高的光谱传感分辨率；此外，方形毛细石英管自身为中空结构，为分析物的传输提供了光微流通道，因此可以实现光与物质之间的强相互作用；高光谱传感分辨率和灵敏度意味着法布里珀罗型方形毛细管光学微腔可以被应用于超低浓度的生物分子或化学分子的传感。
29、本实用新型基于高度平行的方形毛细管管壁，并在管壁表面蒸镀高反射率薄膜形成高品质因子和高灵敏度的法布里珀罗光学微腔，由于管壁的高度平行，传统法布里珀罗微腔制备过程中不可避免引入的光学走离损耗被有效的减小，极大的提高了微腔的品质因子；此外，由于方形毛细管制备工艺成熟，表面光滑，且重复利用率高，不仅大大降低了传感器的制备成本，而且极大的优化了传统法布里珀罗微腔的制备工艺复杂性；方形毛细石英管为中空结构，两端易于与微流控系统连接，基于谐振腔谐振条件和比尔朗伯定律分别实现对于微量甚至痕量液体和气体分析物的特异性检测。
30、本实用新型具有下述特点：
31、（1）本实用新型与常规的法布里珀罗型光学传感器有重要区别；本实用新型中，直接在方形毛细管的表面蒸镀高反射率薄膜形成法布里珀罗型光学微腔，不同于常规的法布里珀罗型光学传感器利用两块反射镜组装成腔，极大的简化了腔的制备工艺；
32、（2）本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器，由于方形管成熟的制备工艺保证了其对立面的高平行度，因此蒸镀完高反射率薄膜后，可以保证两个反射膜之间的高平行度，有效的克服了传统的法布里珀罗型光学传感器制备过程中由于制备工艺导致的腔镜之间的低平行度以及减少了额外的光学走离损耗，因此极大的提升了光谱传感分辨率；
33、（3）本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器自身具有中空结构，因此可以为分析物的传输提供光微流通道，避免了传统法布里珀罗型光学传感器集成微流通道的困扰；
34、（4）本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器检测分子的不同，产生相应的检测机理，其中：
35、当待测分析物是生物分子时，基于腔的谐振原理，即平行平面腔内介质的有效折射率变化所引起谐振波长的移动，实现对于生物分子浓度以及种类的特异性检测；
36、当待测分析物是化学分子时，基于比尔朗伯定律，即平行平面腔内介质的有效损耗系数变化引起谐振峰强度的变化或谐振峰线宽的变化，实现对于化学分子浓度及种类的特异性检测；
37、（6）本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器可实现微量甚至痕量浓度的生物或者化学分子检测，且具有高灵敏度；
38、（7）本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器重复使用率高，不同样品之间的鲁棒性强；
39、（8）本实用新型提供的法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器制备简单，易于操作。
1.一种法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器，用于生物分子或气体分子检测，其特征在于，包括：一根方形毛细石英管、高反射率材料薄膜；所述方形毛细石英管为中空结构，所述高反射率材料薄膜蒸镀在方形毛细石英管的一组相对面上，形成法布里珀罗型平行平面光学谐振腔，使耦合到方形毛细管中的光形成谐振，在光谱上表现为一系列周期性调制的谐振峰或者谐振谷；毛细管两端开口，一端通过特氟龙管可与待测分析物连接，另一端通过特氟龙管可与微流控系统连接；其中：
2.根据权利要求1所述的光学微腔传感器，其特征在于，所述方形毛细石英管的高度为50-5000 μm，壁厚为5-100 μm。
3.根据权利要求1所述的光学微腔传感器，其特征在于，所述金属薄膜，根据金属膜材料的类型，确定金属膜材料的厚度，得到期望反射率。
4.根据权利要求3所述的光学微腔传感器，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为20-100nm。
5.一种基于权利要求1-3之一所述法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器的检测系统，其特征在于，包括：由宽谱光源或可调谐激光器（4）、单模光纤跳线（5）、光纤准直器（6）、物镜a（8）、法布里珀罗型方形毛细石英管光学微腔传感器（9）、物镜b（10）、透镜a（11）、光电探测器（12）和电脑（18）依次连接形成的传感光路；以及由物镜a（8）、分束器（7）、透镜b（13）、ccd光学成像器件(14)和电脑(18) 依次连接组成的成像光路；分束器（7）置于光纤准直器（6）与物镜a（8）之间；其中：
