本發(fā)明屬于光纖生化傳感技術(shù)領(lǐng)域，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的局域表面等離子體共振(LSPR)傳感元件與注射針頭相結(jié)合，涉及到LSPR原理。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，樣品采集和信號(hào)處理的同步進(jìn)行，可用于生化樣品的實(shí)時(shí)快速檢測(cè)，在醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛前景。

背景技術(shù)：

表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)傳感器是一種新型的光電檢測(cè)技術(shù)。是應(yīng)用了光波傳輸、電磁波激發(fā)、薄膜光學(xué)等多種物理機(jī)制的光學(xué)現(xiàn)象。由于它對(duì)吸附在金屬表層的介質(zhì)折射率具有良好的敏感性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，因此能夠檢測(cè)液體、氣體等與折射率有關(guān)的變化(如樣品種類、濃度、生物分子結(jié)合過程等)。與傳統(tǒng)傳感器相比，SPR傳感器具有高靈敏度、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、生物、環(huán)境等許多重要領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前棱鏡式SPR傳感器在國外已經(jīng)有了商品化的成品儀器，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、制作成本昂貴，難以在工業(yè)生產(chǎn)中形成廣泛應(yīng)用。光纖傳感器因其微型化、高靈活性以及抗電磁干擾等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為便攜式傳感器的一種發(fā)展方向。而基于納米粒子和納米孔陣列的局域表面等離子體共振(LSPR)傳感器具有很好的溫度穩(wěn)定性，且靈敏度高，可以進(jìn)行低濃度探測(cè)而受到業(yè)界廣泛關(guān)注，在光纖傳感領(lǐng)域脫穎而出。目前，多數(shù)光纖SPR傳感器多應(yīng)用于科研領(lǐng)域，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求較高，因此，設(shè)計(jì)實(shí)用性的高精度、高靈敏度的光纖傳感器成為光纖傳感領(lǐng)域的迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種高靈敏度、高精度的探頭式LSPR生化傳感器。該傳感器利用LSPR傳感原理，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的LSPR傳感元件與注射針頭相結(jié)合，可以使樣品采集和信號(hào)監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行。利用LSPR的溫度不靈敏性可以使該發(fā)明不受外界環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)。該傳感器對(duì)工作環(huán)境要求低，實(shí)現(xiàn)高靈敏度、低成本、方便快捷的生化檢測(cè)，在醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種探頭式LSPR生化傳感器，包括微型石英毛細(xì)管、反射鏡面、金納米粒子、傳輸光纖和注射針頭；微型石英毛細(xì)管內(nèi)壁附著有金納米粒子單分子層，其一端端面濺射厚度在200nm以上的金屬膜作為反射鏡面；微型石英毛細(xì)管置于注射針頭的前端內(nèi)，傳輸光纖從注射針頭的末端插入，并將注射針頭的末端封閉，傳輸光纖通過固定器固定；固定器一側(cè)設(shè)有出液口，待測(cè)樣品經(jīng)注射針頭從出液口導(dǎo)出；傳輸光纖用于傳輸寬帶光源，光在微型石英毛細(xì)管內(nèi)壁傳輸，發(fā)生LSPR效應(yīng)。

本發(fā)明的效果和益處：本發(fā)明將傳感元件與注射針頭相結(jié)合，可以使樣品采集和信號(hào)處理同時(shí)進(jìn)行。采用的LSPR技術(shù)具有良好的溫度不靈敏性，無需附加補(bǔ)償通道，對(duì)外界環(huán)境要求較低。此外，基于LSPR效應(yīng)的光纖傳感技術(shù)具有較高的精度和靈敏度，可以進(jìn)行低濃度樣品探測(cè)。該傳感系統(tǒng)制作工藝簡(jiǎn)單，成本較低，方便快捷，可以實(shí)現(xiàn)生化檢測(cè)，在醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域具有很好的前景。

附圖說明

圖1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。

圖2為探頭式LSPR生化傳感器的結(jié)構(gòu)圖。

圖3位折射率檢測(cè)示意圖。

圖4為轉(zhuǎn)鐵蛋白特異性結(jié)合響應(yīng)示意圖。

圖中：1光纖光譜儀；2電腦；3寬帶光源；4待測(cè)樣品；5傳感元件；

6 Y型光纖跳線；7傳輸光纖；8 USB數(shù)據(jù)線；9微型石英毛細(xì)管內(nèi)壁；

10金納米粒子；11反射鏡面；12固定器；13出液口；14注射針頭。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

1.制備工藝

1)對(duì)Y型跳線的多模傳輸光纖和微型石英毛細(xì)管的端面利用研磨技術(shù)進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理，將端面研磨成平面；

2)利用化學(xué)處理將金納米粒子附著于微型石英毛細(xì)管內(nèi)壁；

3)利用磁控濺射技術(shù)在微型石英毛細(xì)管一側(cè)端面沉積厚度大于200nm的銀膜；

4)將處理后的微型石英毛細(xì)管固定在注射針頭中；

5)將Y型跳線連接在傳感元件上，傳輸光纖的一端連接光源，另一端連接光纖光譜儀，并利用USB數(shù)據(jù)線將光纖光譜儀和電腦連接。

2.操作

測(cè)試裝置如圖1所示。

1)由光源發(fā)出的光經(jīng)過傳輸光纖到達(dá)Y型光纖跳線，進(jìn)行光信號(hào)耦合，進(jìn)而傳入傳感元件發(fā)生LSPR效應(yīng)，發(fā)生LSPR效應(yīng)的光信號(hào)在反射鏡面發(fā)生鏡面反射后通過Y型跳線經(jīng)傳輸光纖導(dǎo)入光纖光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

2)本發(fā)明通過采用終端反射式的探針結(jié)構(gòu)，可以省去流通池設(shè)計(jì)，直接對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行采取和檢測(cè)。當(dāng)沒有采集樣品時(shí)，分別點(diǎn)亮/熄滅光源，通過光譜儀采集背景光譜/暗光譜；

3)將傳感元件固定在注射針頭內(nèi)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)樣品的快速采集和傳感。利用注射針頭采集不同折射率的校準(zhǔn)液，利用光纖光譜儀對(duì)相應(yīng)的光譜圖進(jìn)行采集，隨著樣品折射率增大，LSPR的吸光率會(huì)相應(yīng)增大；如圖3所示，該系統(tǒng)具有良好的折射率線性響應(yīng)，由于LSPR效應(yīng)對(duì)溫度不靈敏，因此在外界環(huán)境溫度波動(dòng)時(shí)，仍能得到穩(wěn)定的測(cè)試結(jié)果，在折射率范圍為1.328-1.361的區(qū)間上得到的折射率靈敏度為9.37RIU^-1(單位折射率)；

4)該傳感器可以通過對(duì)傳感區(qū)進(jìn)行化學(xué)修飾使其擁有特異性識(shí)別功能，圖4是該系統(tǒng)在對(duì)傳感表面進(jìn)行化學(xué)修飾后實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的轉(zhuǎn)鐵蛋白及其抗體的結(jié)合情況示意圖。對(duì)于不同濃度的轉(zhuǎn)鐵蛋白樣品，該測(cè)試系統(tǒng)都能較好的反映出整個(gè)蛋白質(zhì)特異性結(jié)合過程。