專利名稱：一種光纖微流控生物傳感器及其制備方法
一種光纖微流控生物傳感器及其制備方法
駄領(lǐng)域
本發(fā)明為一種光纖生物傳感器，特別是涉及一種光纖微流控生物傳ii^及其制備方法。
背景駄
光纖生物傳麟具有絕緣屏蔽效應(yīng)好、抗電磁干擾能力強、可遙控實時動態(tài)測 量而受到廣泛關(guān)注，在光纖生物傳感器中，光纖倏逝波生物傳感器是應(yīng)有最廣泛的 —種，該傳感器是利用光波在光纖內(nèi)以全^l寸的方式傳輸時在光纖探頭所處的介質(zhì) 中產(chǎn)生倏逝波，該倏逝波激，過吸附或以生物親和反應(yīng)而連接在探頭表面上的標 記有熒光分子的生物物質(zhì)，從而實iW待觀,質(zhì)濃度的測定。
傳統(tǒng)的光纖倏逝波生物傳感器主要是利用光纖作為探頭，而在激發(fā)光路和信號 檢測光路大量采用了分離元件，如專利(黃惠杰，翟俊輝等.光纖倏逝波生物傳感
器，ZL01139224,X)。隨后研究人員對激發(fā)光路和信號檢測光路進行了改進，禾擁 光纖替代激發(fā)光路和信號檢測光路，如專利(施漢昌，龍峰，何苗.全光纖倏逝波 生物傳感器，申請?zhí)?00610089497.4和曹望和，付姚，羅昔賢. 一種光纖熒光生 物傳感器，申請?zhí)?00710011932.6)。 M這些改進，提高了光的傳輸效率和信噪 比，簡化了儀器結(jié)構(gòu)、提高了可靠性，利于儀器的小型化。但這些艦均未能改變 將光纖作為探頭、直,入樣品池中的狀況，增加了光纖探頭處理的難度，并且還 有可會樹生物樣本帶來污染；另外由于光纖探頭本身攜帶生物探針分子，使得這類 傳感器不便于進行動態(tài)測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有光纖生物傳繊效率低下、不便于動態(tài)測量的問題， 提供一種微流控光纖生tK專SH及其制備方法。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)
一種微流控光纖生物傳感器，包括光源、傳輸光路、生物樣品流路、信號光采 集光路和信號處理裝置，所述傳輸光路為傳輸光纖，傳輸光纖的一端與光源連接， 另一端與信號處理，連接；所述生物樣品流路采用毛細管，傳輸光纖有一部分纏 繞于毛細管的外壁上形成信號艦集光路，在毛細管上纏繞有光纖的部位連同該處 的光纖外表面均鍍有一層激發(fā)光和信號光的高反膜，即在該區(qū)域裸露部位均有 層。在毛細管中SA帶熒光標記的生物樣本，根據(jù)熒光^^等光學(xué)信息測定生物樣 品濃度，本發(fā)明可替代目前將光纖制作成光纖探針的倏逝波測試技術(shù)，并與微流控 技，結(jié)合，便于微量生物樣本的動態(tài)實BM測。所述微流控光纖生物傳感器的工
作過程是從光源輸出的激發(fā)光在通過毛細管外壁時，激發(fā)^tA樣品流路，激發(fā)
生物樣品，生物樣品發(fā)出的熒;M過耦^A纏繞光纖，從信號處理端輸出。
上述的微流控光纖生物傳感器，纏繞于毛細管上的光纖的直徑小于lOpm,長 度為lmm 10cm。
上述的微流控光纖生物傳感器，形成信號光采集光路的光纖緊密繞于毛細管上。
戰(zhàn)的微流控光纖生物傳麟，所述光纖的截面形狀為圓形、矩形或D型，所 述光纖的材質(zhì)為玻璃、塑料或晶體，所述光纖為單模或多模光纖。
上述的微流控光纖生物傳感器，所述光纖為微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖。
，的微流控光纖生物傳感器，所述毛細管的材質(zhì)為玻璃或塑料，毛細管的截 面形狀為圓形或矩形。
上述的微流控光纖生物傳感器，所述毛細管折射率大于或等于纏繞光纖包層的 折射率。
，的微流控光纖生物傳感器，戶皿光源為激光器或熒光光源。 上述微流控光纖生物傳感器的制備方法，包括如下步驟
(1) 將傳輸光纖的局部拉制成直徑小于lOiom，長度為lmm 10cm的光纖細
絲；
(2) 將步驟(1)得到的光纖細絲緊密纏繞在直徑小于2mm的毛細管的外壁 上，然后在纏繞部位鍍一層激發(fā)光和信號光的高反膜；
(3) 將光源發(fā)出的光耦合進入傳輸光纖的一端，傳輸光纖的另一端與信號處 理裝置連接；
(4) 往毛細管中通入帶熒光標記的生物樣本。 本發(fā)明的微流控光纖生物傳感器的制作方法，包括以下步驟
(1) 將傳輸光纖的局部拉制成直徑小于10pm，長度為lmm 10cm的光纖細
絲；
(2) 將步驟(1)得到的光纖細絲緊密纏繞在直徑小于2mm的毛細管的夕卜壁 上，然后在纏繞部位鍍一層激發(fā)光和信號光的高反膜；
(3) 將光源發(fā)出的光耦合進入光纖的一端，光纖的另一端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7連接；
(4)將毛細管中通入帶熒光標記的生物樣本。
本發(fā)明提出的微流控光纖生物傳感器，含有光源和傳輸光路、樣品流路、信號 光采集光路和信號處理裝置；其特征在于所述光纖可由玻璃、塑料、單晶等材料拉 制而成，其截面結(jié)構(gòu)包括纖心和包層，包層的截面形狀可以是圓形、矩形、長方形、 D型等多種截面形狀，模式結(jié)構(gòu)可以是單模、多?；蛭⒔Y(jié)構(gòu)光子晶體光纖；所述毛 細管是由可透光的光學(xué)材料(如玻璃、塑料等)制作而成，其折射率大于等于光纖 包層折射率，其截面皿可以是圓形、矩形、長方形等；戶皿激發(fā)光源可以是激光 器，也可以是各種熒光光源；戶脫高反膜可以是金屬、有貼無機組分形成的膜， 也可以是這幾種組分膜的組合。
本發(fā)明與現(xiàn)有技7l^目比，具有以下有益效果
本發(fā)明的微流控光纖生物傳感器可實現(xiàn)光纖與測試生物樣本的分離，避免對生 物樣本的污染；由于光纖并沒有攜帶生物探針分子，因此可以避免制作探針的繁雜 程序；毛細管的使用，降低了生物樣本的使用量，生物樣本在毛細管中流動，可實 現(xiàn)動態(tài)實時檢測。本發(fā)明利用光激發(fā)*斜己有熒光分子的生物物質(zhì)發(fā)光，從而實現(xiàn)生 物檢測的微流控毛細管生物傳感器，可用于醫(yī)學(xué)診斷、藥物篩選、環(huán)境與食品檢測 等領(lǐng)域。


圖1為實施方式中微流控光纖生物傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為實施方式中電泳型微流控光纖生物傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 具體實駄式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步說明。
請參照圖l，由圖l可見，本發(fā)明微流控光纖生物傳自包括光源1和傳輸光 路(即傳輸光纖2)、樣品流路4—5—6 、信號M集光路5和信號處理裝置7。 光源1采用波長為488nm的Ar離子激光器，功率為50mW;光纖2采用多模石英 玻璃光纖，纖心直徑為62.5拜、包層直徑為125pm;傳輸光纖2經(jīng)光纖拉錐機拉制 出直徑為10pm、長度為3cm的光纖細絲3;毛細管4采用直徑為2mm、內(nèi)孔徑為 1.2mm的石英管；將拉制的光纖細絲在毛細管外壁纏繞1 3圈，然后在纏繞區(qū)通 過銀鏡反應(yīng)鍍一層銀膜；光纖細絲在毛細管上的纏繞區(qū)形成信號光采集光路5;信 號處理，采用帶有InGaAs探測器、光電倍增管(PMT)的光譜儀，并與計算機 相連。以羅丹明作為澳賦生物液體，在樣品池9中注入羅丹明的乙醇溶液，開啟蠕動泵6，羅丹明溶、m樣品池經(jīng)毛細管iiA廢液池10。開啟光源，488nm激光經(jīng)傳 輸光纖2進入光纖細絲3，光纖絲徑細化使得部分、激光模式變成倏逝波，再經(jīng)過彎 曲光纖成為輻射模，經(jīng)光纖外表面反射膜鄉(xiāng)后進入毛細管中，激發(fā)羅丹明發(fā)出紅 色熒光，部分紅色熒光被纏繞區(qū)的光纖捕獲，經(jīng)信號光傳輸光路2進入信號處理裝 置7。
在本實施例中，蠕動泵6可以通過高壓電泳裝置代替，如圖2所示，毛細管可 通過較粗細管通過局部拉制而成，如圖中的生物樣本^ii管8。
權(quán)利要求
1、一種微流控光纖生物傳感器，包括光源、傳輸光路、生物樣品流路、信號光采集光路和信號處理裝置，其特征在于所述傳輸光路為傳輸光纖，傳輸光纖的一端與光源連接，另一端與信號處理裝置連接；所述生物樣品流路采用毛細管；傳輸光纖有一部分纏繞于毛細管的外壁上，形成信號光采集光路；在毛細管上纏繞有光纖的部位連同該處的光纖外表面均鍍有一層激發(fā)光和信號光的高反膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控光纖生物傳感器，其特征在于纏繞于毛細管 上的光纖的直徑小于10pm，長度為lmm 10cm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控光纖生物傳 ，其特征在于形成信號光采 集光路的光纖緊密繞于毛細管上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控光纖生物傳 ，其特征在于所述光纖的截 面形狀為圓形、矩形或D型，戶皿光纖的材質(zhì)為玻璃、塑料或晶體，所述光纖為單 ?；蚨嗄９饫w。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1戶，的微流控光纖生物傳自，其特征在于所述光纖為微 結(jié)構(gòu)光子晶體光纖。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控光纖生物傳感器，其特征在于所述毛細管的 材質(zhì)為玻璃或塑料，毛細管的截面形狀為圓形^^巨形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的微流控光纖生物傳感器，其特征在于所 述毛細管折射率大于或等于纏繞光纖包層的折射率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的微流控光纖生物傳自，其特征在于所述光源為激 光器或熒光光源。
9、 制備權(quán)利要求1所述的微流控光纖生物傳感器的方法，其特征在于包括如 下步驟(1) 糊專輸光纖的局部拉制成直徑小于10|om，長度為l腿 10cm的光纖細絲；(2) 將步驟(1)得到的光纖細絲緊密纏繞在直徑小于2mm的毛細管的外壁 上，然后在纏繞部位鍍一層激發(fā)光和信號光的高反膜；(3) 將光源發(fā)出的光耦^A傳輸光纖的一端，傳輸光纖的另一端與信號處 理裝置連接；(4) 往毛細管中通入帶熒光^H己的生物樣本。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微流控光纖生物傳感器及其制備方法，微流控光纖生物傳感器包括光源、傳輸光路、生物樣品流路、信號光采集光路和信號處理裝置，其制作方法包括以下步驟將光纖中間局部位置拉制成直徑小于10μm，長度為1mm～10cm細絲；然后將拉制的細絲緊密纏繞在直徑小于2mm的毛細管的外壁上；將光源發(fā)出的光耦合進入光纖的一端，光纖的另一端與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。在毛細管中通入帶熒光標記的生物樣本，根據(jù)熒光強度等光學(xué)信息測定生物樣品濃度，本發(fā)明可替代目前將光纖制作成光纖探針的倏逝波測試技術(shù)，并與微流控技術(shù)相結(jié)合，便于微量生物樣本的動態(tài)實時檢測。
文檔編號G01N21/64GK101545899SQ200910039129
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者馮洲明, 徐善輝, 楊中民 申請人:華南理工大學(xué)