本发明涉及一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器和方法，属于生物光学传感。
背景技术：
1、dna传感检测在环境科学、疾病诊断和药物研究等领域发挥着重要作用。光纤传感器具有体积小、灵敏度高、与现代通信系统兼容性好等优点，近年来已被用于无标记dna检测。实际上，光在光纤中的传播通常被限制在纤芯中，由于光与周围环境的无法相互作用，限制了其传感应用。因此，有必要开发新型光纤结构来改变光的传播，从而实现与周围环境的直接相互作用。目前，已经提出了几种光纤结构，包括侧面抛光光纤，u形光纤，光纤光栅以及微光纤，调整光传播来促进光与传感材料的相互作用。其中，直径在几微米到几十微米之间的微光纤由于其固有的强倏逝场特性，成为理想的生物检测平台。
2、目前，不同微纳光纤结构被提出并用于dna检测。如：光纤锥形干涉仪、方形微光纤干涉仪、微光纤辅助mach-zehnder干涉仪、微光纤sagnac干涉仪、微光纤耦合器和微光纤毛细管等。然而，一方面，这些dna光纤传感器通过测试传输透射谱实现dna分子结合事件的监测，难以实现在狭窄和半封闭等空间中痕量样品检测。另一方面，微纳光纤dna传感器通过在光纤外表面结合线性结构dna探针以抓取目标dna分子与其结合后产生信号，低维度的dna探针难以克服表面分布不均匀，取向杂乱等问题带来的探针结合失效和密度受限等问题，限制了现有光纤dna传感器的特异性和灵敏度。
技术实现思路
1、本发明目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供了一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器和方法，包括宽带光源、反射式微纳双锥型光纤dna探针、光纤光谱仪，通过利用具有双锥型、微米级尺寸直径的反射式微纳双锥型光纤探针表面功能化后有序修饰自组装、边长可控纳米级尺寸刚性四面体结构dna探针，实现dna分子的低探测极限、搞特异性传感检测。
2、本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器，所述该低探测限dna传感器包括宽带光源1、反射式微纳双锥型光纤dna探针2和光纤光谱仪3，所述低探测限dna传感器各单元通过光纤连接的方式首尾相连。所述反射式微纳双锥型光纤dna探针2由两根光纤熔融拉锥、耦合后进行解理面垂直切割形成，双锥型光纤耦合区内光场具有干涉效应，且干涉光场强度分布在空气和液体中均呈对外界折射率敏感的“蛇”形。
3、进一步地，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针2浸没于dna生物样液中，接触面积小且表面具有较强的倏逝场能量，通过宽带光源1激发光纤探针垂直端面处形成反射光谱，通过实时监测其反射光谱变化实现无标记、快速、低探测限、高特异性dna分子传感。
4、进一步地，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针2具有双锥型、微米级尺寸直径，以提升双锥型、微米级尺寸直径光纤探针传感界面的dna分子结合密度、效率和稳定性，增强探针传感界面对目标dna分子结合反应能力，赋予传感器特异性识别能力。
5、进一步地，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针2表面的纳米级尺寸刚性四面体结构dna探针和目标被测dna分子通过碱基配对结合形成碱基对，改变了双锥型光纤探针干涉光场模式有效折射率，在双锥耦合区两根光纤锥内包层光功率相互转换、耦合，最终引起其反射光谱产生波长漂移，其与dna探针分子密度之间存在线性关系，分子积累密度(效率、稳定性)增加，波长漂移量将增加，以实现更高的生物传感灵敏度。
6、进一步地，所述低探测限dna传感器探测极限低至10am且可特异性识别单碱基失配，具有较高的灵敏度与稳定性，尺寸大小为mm级别，具有结构灵活性高、体积尺寸小和制作成本低等优点，有利于实现空间狭窄、痕量、在线式生物液体检测等应用。
7、本发明还提供了一种应用于低探测限dna传感器的反射式微纳双锥型光纤探针的制备方法，所述该方法包括如下步骤：
8、步骤1：高温加热两个平行的单模光纤，使其锥形化并弱融合在一起以形成光反射式耦合结构，关闭氢氧火焰，使用“冷修正”对结构施加轴向张力；
9、步骤2：由于石英光纤的脆性断裂，用宝石刀垂直切割耦合结构腰部区域，形成菲涅耳反射端面，耦合区长度为mm级别，直径<10μm；
10、步骤3：将光纤探针轴向外表面通过羟基化后，再通过化学键合，形成有序修饰自组装、边长可控纳米级尺寸刚性四面体结构dna探针。
11、有益效果：
12、1、本发明通过光纤探针轴向外表面有序修饰自组装、边长可控纳米级尺寸刚性四面体结构dna探针，通过三维dna纳米探针的特殊多维、可控、纳米级尺寸的空间构象，减少dna分子敏感探针在微纳双锥型探针表面的倒伏和缠绕，提升双锥型、微米级尺寸直径光纤探针传感界面的dna分子结合密度、效率和稳定性，增强探针传感界面对目标dna分子结合反应能力，赋予传感器特异性识别能力。
13、2、本发明纳米级尺寸刚性四面体结构dna探针与目标dna分子的特异性结合互作用处于反射式微纳双锥型光纤探针的表面倏逝光场区域，双锥光纤耦合区内光场具有干涉效应，且干涉光场强度分布在空气和液体中均呈对外界折射率敏感的“蛇”形。当dna分子在反射式微纳双锥型光纤探针传感功能界面特异性结合时，通过实时监测反射式微纳双锥型光纤探针反射光谱在dna分子碱基配对特异性结合过程中的变化，改变了双锥型光纤探针干涉光场模式有效折射率，在双锥耦合区两根光纤锥内包层光功率相互转换、耦合，最终引起其反射光谱产生波长漂移，其与dna探针分子密度之间存在线性关系，分子积累密度(效率、稳定性)增加，波长漂移量将增加，实现更高的生物传感灵敏度和更低的探测极限。实现无标记、快速dna分子传感，实现了～am的超低检测极限，能够高度特异地识别单碱基失配。
14、3、本发明通过高温加热熔融弱耦合实现两个光纤之间光场的能量交换与耦合，利用石英光纤的脆性断裂结合宝石刀垂直切割光纤耦合结构腰部区域，形成菲涅耳反射端面(单端)，耦合区长度为mm级别，直径<10μm。该探针单端结构尺寸大小为mm级别，具有结构灵活性高、体积尺寸小和制作成本低等优点，有利于实现空间狭窄、痕量、在线式生物液体检测等应用，并同时具有成本低廉和制备简单的工艺优势。
1.一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器，其特征在于，包括宽带光源(1)、反射式微纳双锥型光纤dna探针(2)和光纤光谱仪(3)，所述低探测限dna传感器各单元通过光纤连接的方式首尾相连，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针(2)由两根光纤熔融拉锥、耦合后进行解理面垂直切割形成，双锥型光纤耦合区内光场具有干涉效应，且干涉光场强度分布在空气和液体中均呈对外界折射率敏感的“蛇”形。
2.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器，其特征在于，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针(2)具有双锥型、微米级尺寸直径。
3.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器，其特征在于，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针(2)浸没于dna生物样液中，接触面积小且具有较强的倏逝场能量，通过宽带光源(1)激发光纤探针垂直端面处形成反射光谱，通过实时监测其光谱变化实现无标记、快速、低探测限、高特异性dna分子传感。
4.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器，其特征在于，所述反射式微纳双锥型光纤dna探针(2)表面的纳米级尺寸刚性四面体结构dna探针和目标被测dna分子通过碱基配对结合形成碱基对，改变了双锥型光纤探针干涉光场模式有效折射率，在双锥耦合区两根光纤锥内包层光功率相互转换、耦合，最终引起其反射光谱产生波长漂移，其与dna探针分子密度之间存在线性关系，分子积累密度(效率、稳定性)增加，波长漂移量将增加，以实现更高的生物传感灵敏度。
5.根据权利要求1所述的一种基于反射式微纳双锥型光纤探针的低探测限dna传感器，其特征在于，所述低探测限dna传感器探测极限低至10am且可特异性识别单碱基失配，具有较高的灵敏度与稳定性，尺寸大小为mm级别，具有结构灵活性高、体积尺寸小和制作成本低的优点，有利于实现空间狭窄、痕量、在线式生物液体检测应用。
6.一种应用于低探测限dna传感器的反射式微纳双锥型光纤探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
