專利名稱：用于光學檢測的涂覆波導的制作方法
用于光學檢測的涂覆波導本發(fā)明涉及一種包含光柵的波導、一種包含該波導的光學傳感器以及該傳感器在 測量環(huán)境效應(environmental effect)中的應用。光學傳感器具有許多優(yōu)于電子測量系統(tǒng)的優(yōu)勢。光學傳感器在例如難于接近和/ 或?qū)θ祟愑形：Φ沫h(huán)境中如在石油工業(yè)以及天然氣工業(yè)中常見的環(huán)境中更加可靠，并且通 常不會受到電磁輻射的不利影響，該電磁輻射通常產(chǎn)生于例如電力電纜系統(tǒng)、感應爐或用 于核磁共振測量的設備，如MRI或NMR設備中。其他優(yōu)勢在于光學傳感器在遠距離易于操 作、其尺寸小、其柔性、和/或其可以形成由離散傳感器(其全部可通過單個光學纖維分別 讀出)的陣列構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)。基于波導光柵的典型傳感器系統(tǒng)例如詳細描述于US 5 380 995、US 5 402 231、US 5 592 965、US 5 841 131、US 6 144 026、US 2005/0105841、US 7 038 190、US 2003/156287 中。這類傳感器系統(tǒng)所基于的一個原理是，以波導的軸向應變作為待檢測的環(huán)境效 應的結(jié)果，例如，通過在波導上使用一種涂層，其在環(huán)境效應的影響下變形。當引導特定 光譜的波導光柵在這種軸向應變下拉伸或收縮時，透射的光的光譜特性曲線(spectral pattern)和/或反射的光的光譜特性曲線(即，光譜響應)改變。光譜響應的這類改變在 測量時提供關于環(huán)境效應的定量信息。美國專利申請2005/0105841涉及在長周期光柵波導上使用一種聚乙烯亞胺 (PEI)單層涂層。該涂層在吸水的條件下膨脹，其使得包含這種涂層的傳感器適合用于基于 該涂層的折射率的改變而測量相對濕度(RH)。然而，折射率的改變對于水的檢測不是選擇 性的，這使得傳感器對于環(huán)境污染敏感。由于單層的緩慢沉積，該傳感器的制備并不方便。 同時，響應時間相對較長，尤其是在濕度高的條件下更是如此，并且似乎非常高的濕度無法 被測出，這導致傳感器的動態(tài)范圍小。該涂層的折射率應根據(jù)特定波導光柵而調(diào)整，因此其 不能一般性用于其他的波導。因此，折射率傳感器技術主要限于長周期光柵波導，而這種波 導不能用于長周期的多傳感器波導(long multiple sensor waveguide)中。S J. L. Elster ^ ^ ife ； ( "Long Period Grating-based pH sensors for corrosion monitoring,Blacksburg,Virginia, 1999”)涉及長周期光柵波導上的一種聚丙 烯酸涂層，其用于構(gòu)成PH傳感器。這類pH傳感器是基于H+濃度改變所造成的包層周圍涂 層的折射率的改變。這類傳感器具有類似于美國專利申請2005/0105841描述的相對濕度 傳感器的缺點。US 7 038 190涉及一種利用醫(yī)用級聚氨酯泡沫或聚酰亞胺來感應濕度的光學濕 度傳感器。其中，該申請描述了提供具有環(huán)氧丙稀酸酯的纖維，其具有與聚酰亞胺類似的熱 響應，但其對于濕度相對不敏感。因此，與聚酰亞胺組合使用，其可用作纖維光柵過濾器，以 校準涂覆有聚酰亞胺的光柵由于溫度的改變所導致的信號的改變。由于聚合物層的厚度， 響應時間長(數(shù)小時)。沒有關于該傳感器的制備及特定性能的信息。Xiamomei Liu 等人(Sensors and Actuators B 96 2003,468-472)描述了一種 具有聚丙烯酰胺水凝膠涂層的基于纖維布拉格光柵的傳感器。膨脹的水凝膠一經(jīng)與NaCl溶液接觸即收縮，因此建議將該傳感器用于直接測定NaCl的濃度。所述涂層作為一種水凝 膠，使得傳感器容易受到損壞，這是由于聚丙烯酰胺水凝膠具有相對低的硬度。此外，這種 傳感器包含一種厚水凝膠層，其不能應用于細管中。本發(fā)明的一個目的是提供一種包含光柵的新型波導，該波導可用于光學傳感器 中，尤其用于利用布拉格反射或基于長周期光柵的檢測機制的傳感器中，其可用作已知波 導光柵的一種替代，尤其用于測量濕度或測量其他分析物、或其他環(huán)境條件(的變化)，如 物理參數(shù)(的變化)。本發(fā)明的一個具體目的是提供一種經(jīng)改進的新型波導，尤其是包含該 波導的檢測系統(tǒng)被改善，因為其提供了如下至少一種優(yōu)點對于特定環(huán)境效應更高的選擇 性、更大的動態(tài)范圍、更高的準確度、更強的穩(wěn)健性(robustness)、更低的檢測極限、更高的 靈敏度、用單一波導重復測量方面更高的再現(xiàn)性、以及更高的制造再現(xiàn)性(即，來自不同波 導的結(jié)果，尤其是源自不同制造批次的結(jié)果提高)。用于測量某種環(huán)境條件的檢測系統(tǒng)的選擇性是指在所選環(huán)境條件下，不受其他 條件變化的影響，檢測器對于變化的特定反應的程度。傳感器系統(tǒng)的動態(tài)范圍是指該傳感器系統(tǒng)可測量的可變量的范圍，該范圍的限值 通過該傳感器系統(tǒng)可測量的可變量的最小值和最大值來限定。檢測系統(tǒng)的準確度是該檢測系統(tǒng)的讀數(shù)或指示對于所測量的實際量值的接近度。穩(wěn)健性是檢測系統(tǒng)對于檢測系統(tǒng)中 的變化、來自于特定樣本的影響、以及來自于 環(huán)境而非條件的影響(并非對于待測條件中的變化)的耐受程度。因此，由于系統(tǒng)更加穩(wěn) 定，測量信號中的本底噪聲將會更小或者出現(xiàn)的假象(artefacts)，如波峰、基線漂移(base line drift)和/或基線偏離(base line shift)將會更少。檢測極限是環(huán)境條件中可測量的最小變化。其通過信號噪聲比(信噪比)確定。 一般地，對于具體的物質(zhì)，檢測極限設定為信號噪聲比為2(如果噪聲以峰間值(peak to peak)表示)或4(如果噪聲通過噪聲均方根來表示(RMS噪聲))。檢測系統(tǒng)的靈敏度是測 量信號相對于待測物質(zhì)的濃度或量的特定變化的改變程度。檢測系統(tǒng)的靈敏度是通過該檢測系統(tǒng)能測得的環(huán)境條件(如物理參數(shù)或化學參 數(shù))的最小變化。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過提供一種具有涂層的波導可實現(xiàn)這些目的中的一種或多種， 其中該涂層包含在鏈上具有特定部分的聚合物。因此，本發(fā)明涉及一種的波導，在該波導的至少一部分中包含光柵，該波導包含涂 層，該涂層包含一種聚合物，該聚合物包含一種脂肪族鏈，該脂肪族鏈具有官能性側(cè)鏈。該 涂層優(yōu)選是能夠與將要檢測其存在與否的化學物質(zhì)(分析物)相互作用的涂層，通過這種 相互作用，該波導的軸向應變(axial strain)改變。特別地，本發(fā)明涉及一種波導，在該波導至少一部分中包含光柵，該波導包含一種 涂層，該涂層包含一種聚合物，該聚合物包含一種脂肪族鏈，該脂肪族鏈具有官能性側(cè)鏈、 優(yōu)選親水性側(cè)鏈，該側(cè)鏈包含選自雜環(huán)烷基部分的至少一個部分(moiety)。本文中使用的術語“官能性”表示能夠與一種受關注的分析物相互作用、或者能夠 使聚合物具有使聚合物對環(huán)境條件(的變化)敏感的性質(zhì)。優(yōu)選地，官能性側(cè)鏈是親水性 側(cè)鏈。側(cè)鏈可適用于特定的應用，例如用于改善對測量特定分析物或特定物理參數(shù)(的變化)的選擇性。為了本發(fā)明的目的，術語波導用于光學波導。光學波導是一種物理結(jié)構(gòu)，其在至少 部分光譜中，即，在由電磁譜的紅外區(qū)、可見區(qū)以及紫外區(qū)構(gòu)成的光譜的至少一部分中，引 導電磁波。一般地，波導為細長形式。常規(guī)類型的波導包括光學纖維(光纖)(例如如上引用 的現(xiàn)有技術中所提到的)，以及矩形波導。波導在商業(yè)上可通過許多來源獲得。其制造及應 用可以在 Encyclopedia of Laser Physics and Technology (http: //www. rp-photonics. com/encyclopedia, html)中找到。纖維布拉格光柵(Fibre Bragg Gratings)由 FOS&S，海 爾(Geel)，比利時提供。為了本發(fā)明的目的，下文中“光柵”表示波導芯部分中波導材料折射率的周期性變 化。光柵反射電磁波中的特定波長并透射其他波長，并且可用作內(nèi)嵌光學濾光器(inline optical filter)或用作波長特異性反射器(wavelength-specific reflector)。為了本發(fā)明的目的，下文中“脂肪族鏈”代表鏈上不含有芳香族部分的鏈。典型地， 脂肪族鏈包含有助于材料撓性(flexibility)的單鍵。為了本發(fā)明的目的，“親水性”表示分子物質(zhì)(molecular entity)或取代基與極性 溶劑，尤其是水，或與其他極性基團相互作用的能力。極性基團是其中電子分布不均勻的任何化學基團，使得其能夠參與靜電相互作 用，例如與受關注的分析物之間的氫鍵合或其他偶極_偶極相互作用。如果極性組分的漢森溶解度參數(shù)(Hansen solubility parameter)大于10，優(yōu)選 大于15，則側(cè)鏈尤其被認為是極性的。如果聚合物的表面可被水浸濕，在表面形成水膜或涂層，則側(cè)鏈尤其被認為是極 性的。極性聚合物通常具有高表面張力和/或高介電常數(shù)。如果聚合物的介電常數(shù)至少為8，更特別地至少為10，則其尤其被認為是高介電常數(shù)。如果表面張力至少為35達因/cm，更特別地至少為39達因/cm，則其尤其被認為 是高表面張力。本發(fā)明還涉及一種傳感器系統(tǒng)，包含根據(jù)本發(fā)明的波導、光源、以及光檢測器 (photo-detector)，能夠確定作為波長的函數(shù)的到達檢測器的光的強度。根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可尤其用于檢測分析物，更具體地用于檢測選自如下組 的至少一種分析物水、一氧化碳、氧氣、二氧化碳、氰化氫、硫化氫、氨、H2s、金屬離子、含金 屬的離子、生物分子(例如DNA、RNA、肽、酶)、H+以及氫氧根離子(hydroxide ions)。此外，根據(jù)本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可用于測量物理效應，如溫度、壓力或電壓的變 化。涂層可通過UV固化代替熱固化來制備。根據(jù)本發(fā)明的光柵可尤其是一種纖維布拉格光柵(FBG)或長周期光柵(LPG)。在一種具體的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的波導包含多個光柵，其典型地在空間上 分離，優(yōu)選2-500個，尤其是2-100個光柵。具體而言，對于纖維布拉格光柵，具有多個光柵 是有利的。這允許波導上的各個光柵以這樣一種方式設計使其產(chǎn)生相對于該波導上其他 光柵的獨特光譜響應(unique spectral response)。這使得例如單一波導可用于在多個位 置處測量環(huán)境效應。根據(jù)特定的獨特光譜響應中的變化(在波導的一端或兩端測量)，將清楚是在哪一個光柵附近環(huán)境效應發(fā)生改變。具體而言，在不同光柵涂覆有不同的聚合材料、 用于響應不同環(huán)境效應的變化的情況下，這也使得單一波導可用于測量多個環(huán)境效應。本發(fā)明還涉及一種包含本發(fā)明的波導的物體(object)，尤其涉及選自由以下構(gòu)成 的組的物體基礎設施單元(infrastructural elements)，諸如提、水壩、隧道、渠道、橋梁、 道路；填埋場、地下水、油存儲器或氣存儲器(oil or gas reservoirs)、高壓電力電纜、感 應爐，用于核磁共振測量的設備，如MRI或NMR設備，以及用于(化學)加工業(yè)的設備，如反 應器、管線、分離裝置、儲存容器以及類似物。根據(jù)本發(fā)明的涂層包含一種聚合物，該聚合物是這樣一種物質(zhì)，其中的分子、尤其 是有機分子由至少兩個單體單元，通常是至少10個單體單元，優(yōu)選至少50個單體單元、至 少100個單體單元或至少250個單體單元構(gòu)成。該上限并不是特別關鍵的，例如可以是1 000個、10 000個、100 000個、1 000 000個、或大于1 000 000個單體單元。這些單體單 元可以是相同的(均聚物)或該聚合物可由兩種或更多種不同單體構(gòu)成(共聚物)。該聚合物包含具有單體單元的脂肪族鏈，其單體單元可以是一種或多種不同的類 型。一般地，至少一種類型的單體包含為聚合物側(cè)鏈的部分或包含可以被轉(zhuǎn)化成聚合物側(cè) 鏈的部分。優(yōu)選的具有脂肪族鏈的聚合物為由選自下組的至少一種單體構(gòu)成的聚合物丙 烯酰嗎啉、丙烯酸、丙烯酰胺、以及乙烯基吡咯烷酮。合適的側(cè)鏈包括選自由如下構(gòu)成的組的部分(moiety):雜環(huán)烷基部分、-Rn -OH、-Rn-CN, -Rn-NH2, -Rn-NO2, -Rn-COOH, -Rn-(CO) (NH2)-、-Rn-(CO) (NHR，)-、-Rn-(CO) (NR' R，，)-、-Rn-NHR，以及Rn-NR，R”。在這些部分中，R、R’以及R”各自獨立地代表烴部分 (hydrocarbon moiety)，其可以是取代的或未取代的。該烴部分可選地包含一種或多種雜 原子。特別地，R、R’和/或R”可包含1-20個、1-12個或1-6個碳原子。更特別地，R、R’ 和/或R”可包含取代的或未取代的C1-C4烷基。R’和R”可一起形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，如雜環(huán)烷 基部分。整數(shù)η為1或0。在一種實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的聚合物的至少部分側(cè)鏈包含的官能團為路易斯 酸和/或布朗斯臺德酸(Bransted acid)和/或包含的官能團為路易斯堿和/或布朗斯 臺德堿。這類酸或堿的使用尤其適用于測量PH值或水的存在的傳感器。包含具有羧酸部分或胺部分的側(cè)鏈的聚合物可用于提供用于pH傳感器中、用于 氨傳感器中或用于酸(例如HCl)傳感器中的波導。在一種實施方式中，至少部分側(cè)鏈包含能夠與離子，尤其是金屬離子或含金屬離 子的離子化合物形成配位鍵或其他鍵的官能團。例如，側(cè)鏈可包含羧酸基，例如，用于檢測堿土金屬離子，如Ca2+或Ba2+。例如，側(cè)鏈可包含冠醚。尤其對于過渡金屬離子，特異性配體在本領域中是已知的，例如來自Dictionary of Inorganic Compounds, Chapman & Hall, London, first edition 1992。能夠連接至 聚合物作為側(cè)鏈(一部分)的配體的實例為環(huán)戊二烯基、環(huán)辛二烯、三胺、二胺、乙腈/苯 基氰、席夫堿(salen)、卟啉、三苯基膦、四甲基二胺、三甲氧基膦、二吡啶、咪唑、三聯(lián)吡啶 (terpyridine)以及鄰菲羅啉(phenantroline)。這類官能團的使用尤其適用于其通過與 特定配體的配位而測定作為分析物的一種或多種類型的金屬離子的存在的傳感器。在一個優(yōu)選的實施方式中，側(cè)鏈包含至少一個選自雜環(huán)烷基部分(heterocycloalkyl moiety)的組的部分，其中所述雜環(huán)烷基部分包含至少一種選自由氮、 硫和氧的組的雜原子。冠醚是雜環(huán)烷基部分的實例。更優(yōu)選地，雜環(huán)烷基部分選自由嗎啉 部分、吡咯烷酮部分、噁唑烷部分、哌啶部分、四氫呋喃部分、四氫吡喃部分、哌嗪部分以及 二噁烷部分構(gòu)成的組。尤其優(yōu)選地是嗎啉部分和吡咯烷酮部分。這類官能團的使用尤其適 用于可用于測量水的存在的傳感器。根據(jù)本發(fā)明的聚合物可包含交聯(lián)點(crosslinks)。典型的交聯(lián)度是每100個單 體單元1-50個交聯(lián)點。通過使聚合物與交聯(lián)劑，例如基于交聯(lián)前聚合物的總重量1 %至 30w%的交聯(lián)劑反應使得聚合鏈發(fā)生交聯(lián)。優(yōu)選的交聯(lián)劑的實例為多官能環(huán)氧化物以及多官能過氧化物或自由基形成的部 分(radical forming moieties)、環(huán)氧氯丙焼。同樣可以通過使包含至少一種用于形成脂肪鏈的單體以及至少一種用于形成交 聯(lián)的多官能單體的單體混合物聚合，來制備交聯(lián)聚合物。多官能單體的濃度例如可通過基 于全部單體的1 %至30 %的范圍內(nèi)選擇。交聯(lián)劑的優(yōu)選實例為多官能性芳香聚氨酯(甲 基)V^MM (polyfunctional aromatic urethane (meth) acrylates)以及多官能性;^撐二 醇(甲基)丙煉酸酉旨(polyfunctional alkylene glycol (meth) acrylate)以及二 (甲基) 丙烯酸脂肪酯(aliphatic di (meth) acrylate)?？膳蛎浶允墙宦?lián)度的函數(shù)。因此，交聯(lián)度可用于優(yōu)化用于某種應用的涂層。例如， 對于濕度傳感器，相對低的交聯(lián)度是所期望的，例如在每100個單體單元1至20個交聯(lián)點 的范圍內(nèi)。例如，對于PH傳感器，相對高的交聯(lián)度是所期望的，例如在每100個單體單元20 至50個交聯(lián)的范圍內(nèi)。一般地，較高的交聯(lián)度易于導致涂層響應于待測環(huán)境效應中的特定 變化的膨脹程度較低。優(yōu)選的具有脂肪族鏈的交聯(lián)聚合物為交聯(lián)聚(丙烯酰嗎啉)、交聯(lián)聚(丙烯酸)、 交聯(lián)聚(丙烯酰胺)、交聯(lián)聚(乙烯基吡咯烷酮)以及它們的交聯(lián)共聚物。特別優(yōu)選的交聯(lián) 聚合物為所述交聯(lián)聚合物與至少一種交聯(lián)劑交聯(lián)的的共聚物，如選自多官能性芳香聚氨酯 丙烯酸酯以及多官能性(甲基)丙烯酸乙二醇酯的至少一種交聯(lián)劑。根據(jù)本發(fā)明的涂層的厚度通常為至少0.5 μ m，優(yōu)選為10 μ m，更優(yōu)選至少20 μ m。 通常，該厚度為200 μ m或更小，特別地，至多100 μ m,優(yōu)選為75 μ m或更小，更優(yōu)選為50 μ m 或更小。相對薄的層對于短響應時間是有利的，相對厚的層對于高靈敏性是有利的。該涂層通常是非凝膠化的(non-gellated)，尤其不被水凝膠化，盡管從原理上，在 特定的實施方式中，特定的涂層可能在其用于傳感器的過程中形成凝膠，尤其作為某些分 析物吸附于該涂層中的結(jié)果。凝膠化的涂層可能更加容易遭受機械力(例如，表面摩擦、由 于液體流經(jīng)涂層所造成的腐蝕類效應、波導的彎曲等)造成的損壞。代替(水)凝膠，波導 的涂層可以是無定形、結(jié)晶性、或半結(jié)晶性固體(在25°C下)。該涂層通常在基本上是無水 的(除非水是一種待分析的化合物，在這種情況下，本發(fā)明的傳感器中的波導的涂層通常 吸附待檢測的水)。如果水存在，其含量通?；谕繉涌傊亓繛镺-IOwt. %，特別為5wt. % 或更少，更特別為2wt. %或更少。相對低的水含量尤其被認為有利于提供對于機械力造成 的損傷具有良好抗性的涂層。此外，相對低的水含量被認為有利于高機械強度/硬度，尤其 在升高的溫度下。本發(fā)明還涉及一種用于制備根據(jù)本發(fā)明的波導的方法，包括
-提供波導，-優(yōu)選地，用硅烷溶液預處理波導(以改善潤濕和粘附性)，-向該波導的至少部分表面施加包含聚合物或其前體的涂層組合物，由此該涂層 組合物形成至少基本上包圍該波導光柵的層，以及，-使該涂層組合物固化。在本發(fā)明的一種有利的方法中，將待涂覆的波導或其至少一部分置于模具中， 在模具中該波導或其部分的外表面與模具的內(nèi)表面之間留出空間，將涂層組合物引入 該空間；使涂層組合物固化。這種方法是尤其有益的，這是因為其允許制造多個波導， 當這些波導用于本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)中時顯示出良好的制造再現(xiàn)性(manufacturing reproducibility)?？梢詫Σ▽У乃x部分進行涂覆。這樣的部分不限于波導的末端。遠離末端的一 個或多個部分可以被選擇性地涂覆。在一種高度優(yōu)選的方法中，模具對于用于引發(fā)聚合作用的輻射是可透過的 (transmittant)。尤其地，該模具可對于適合于激活聚合作用的波長的光(通常為紫外光 或可見范圍內(nèi)的光)是透明的，其中使用光激活聚合作用對模具中的涂層組合物進行固 化。通常，在這種情況下，用于制備涂層的組合物包括光引發(fā)劑。選擇所使用的光使得其能 夠激活引發(fā)劑。用于激活作用的合適的光引發(fā)劑以及合適的波長在本領域通常是已知的。合適的自由基光引發(fā)劑的實例包括安息香衍生物、羥甲基安息 香(methylolbenzoin)以及4-苯甲酰基-1，3- 二氧戊烷衍生物、苯偶酰縮酮 (benzilketals), α , α-二烷氧基苯乙酮、α-羥基烷基苯酮、α-氨基烷基苯酮、酰 基膦氧化物(acylphosphine oxide)、雙?；⒀趸铩Ⅴ；⒘蚧?acylphosphine sulphide)、鹵代苯乙酮衍生物，以及類似物。合適的引發(fā)劑的其他實例包括苯甲酮、羥甲基苯丙酮、二甲氧基苯基苯乙酮 (dimethoxyphenylacetophenone)、2-甲基-1- [4-(甲硫基)-苯基]-2-嗎啉基-丙 酮、 1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙-1-酮、1- (4-十二烷基-苯基)-2-羥基-2-甲基 丙-1-酮、二乙氧基苯基苯乙酮，以及類似物?？梢允褂醚趸⒐庖l(fā)劑類型(例如Ciba 的Darocur ΤΡ0)如苯甲?；蓟⒀趸锕庖l(fā)劑?，F(xiàn)通過如下實施例描述本發(fā)明。實施例1 ( 一般性)對多種聚合物暴露于水蒸氣時的膨脹能力進行評估。在表1和表2中，列出了這 些聚合物以及所使用的配方。通過向金屬條上施用涂層來測定溶脹比和向玻璃纖維施加應 力的能力，在50°C下干燥該涂層，并將該條暴露于幾種相對濕度下。當該聚合物涂層吸收水 蒸氣時，該涂層膨脹并且該條彎曲。彎曲度是對于涂層中的內(nèi)應力以及對于拉緊玻璃纖維 能力的度量值。
表1乙烯基聚合物
權利要求
一種波導，在所述波導的至少一部分中包含光柵，所述波導包含涂層，所述涂層包含聚合物，所述聚合物包含脂肪族鏈，所述脂肪鏈具有官能性、優(yōu)選親水性側(cè)鏈，所述側(cè)鏈包含至少一個選自雜環(huán)烷基部分構(gòu)成的組的部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的波導，其中，所述雜環(huán)烷基部分包含至少一種選自由氮、硫和 氧構(gòu)成的組的雜原子。
3.根據(jù)權利要求2所述的波導，其中，所述聚合物包含側(cè)鏈，該側(cè)鏈包含至少一種選自 由嗎啉部分、吡咯烷酮部分、吡咯烷部分、噁唑烷部分、哌啶部分、四氫呋喃部分、四氫吡喃 部分、哌嗪部分以及二噁烷部分構(gòu)成的組的雜環(huán)烷基部分。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述涂層是無定形固體、結(jié)晶性固體 或半結(jié)晶性固體。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述波導的所述光柵包括纖維布拉 格光柵和/或長周期光柵。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述波導上的所述涂層具有0.5μπι 至200 μ m的厚度，優(yōu)選為10 μ m至100 μ m,更優(yōu)選為20 μ m至50 μ m。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述聚合物包含交聯(lián)點。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述聚合物包含包括酸性官能團和 /或堿性官能團的側(cè)鏈。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述聚合物包含側(cè)鏈，該側(cè)鏈包含能 夠與離子、特別是金屬離子或含金屬離子的離子化合物，更特別是選自由Ca、Mg、Sr、Ba、Zn、 Hg、Fe以及Mn構(gòu)成的組的金屬離子形成配合物的官能團。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，所述光柵是纖維布拉格光柵，并且 所述波導包含多個空間上分離的光柵，優(yōu)選為2-100個空間上分離的光柵。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，其中，基于所述涂層的總重量，所述涂層 包含O-IOwt. %的水，優(yōu)選5wt. %的水或更少，特別是2wt. %的水或更少。
12.—種傳感器系統(tǒng)，包含根據(jù)前述權利要求中任一項所述的波導，光源，以及光檢 測器。
13.根據(jù)權利要求12所述的傳感器系統(tǒng)在檢測至少一種選自由水、一氧化碳、氧氣、二 氧化碳、氰化氫、硫化氫、氨、金屬離子、含金屬的離子、生物分子(例如DNA、RNA、肽、酶)、H+ 以及氫氧根離子構(gòu)成的組的分析物中的用途。
14.根據(jù)權利要求12所述的傳感器系統(tǒng)在測量物理參數(shù)的改變，例如溫度、壓力或電 壓的改變中的用途。
15.包含根據(jù)權利要求1-11中任一項所述的波導的物體，尤其是選自由基礎設施單 元，如提、水壩、隧道、渠道、橋梁、道路；填埋場、地下水、油存儲器或氣存儲器、高壓電力電 纜、感應爐，用于核磁共振測量的設備如MRI或NMR設備，以及用于加工業(yè)的設備如反應器、 管線、分離裝置、儲存容器以及類似物構(gòu)成的組的物體。
16.用于制備根據(jù)權利要求1-11中任一項所述的波導的方法，包括-提供波導，-優(yōu)選地，用硅烷化試劑預處理所述波導，-向所述波導的至少部分表面施加包含所述聚合物或其前體的涂層組合物，由此所述涂層組合物形成至少基本上包圍所述波導的光柵的層，以及， -使所述涂層組合物固化。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，將所述光導的至少一部分，其中該部分存在光 柵，放置于模具中，在所述模具中所述波導或其部分的外表面與所述模具的內(nèi)表面之間留 出空間，以及將所述涂層組合物引入所述空間中。
18.根據(jù)權利要求17的方法，其中，所述涂層組合物包含光引發(fā)劑，所述模具對于適合 于激活所述光引發(fā)劑的波長的光是透明的，并且其中，通過使用光來激活所述光引發(fā)劑使 所述涂層組合物在所述模具中固化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波導，其中在波導的至少一部分中包含光柵，該波導包含涂層，該涂層包含聚合物，該聚合物包含脂肪族鏈，該脂肪族鏈具有親水性側(cè)鏈。本發(fā)明還涉及一種傳感器系統(tǒng)，其包含前10項權利要求中任一項所述的波導、光源、以及光檢測器。
文檔編號G01N21/77GK101946172SQ200880127066
公開日2011年1月12日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權日2007年12月20日
發(fā)明者塔蒂亞娜·約翰娜·朱迪思·蒂爾林, 特奧多魯斯·亨利克斯·科內(nèi)魯斯·潘肯, 鄭倫佳, 阿耶恩·布爾斯馬 申請人:荷蘭應用科學研究會(Tno)