一種微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]生物傳感技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)打開了生物學(xué)研究的新紀(jì)元，在疾病控制、藥物開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的生物分子探測(cè)是使用熒光標(biāo)記來實(shí)現(xiàn)的，但需要事先知道目標(biāo)的存在，目標(biāo)分子必須被修改結(jié)合到標(biāo)記物上。熒光標(biāo)記技術(shù)是將熒光染料共價(jià)結(jié)合在所要研究分子的某個(gè)基團(tuán)上，利用熒光特性來提供相關(guān)研究對(duì)象的信息。但熒光標(biāo)記技術(shù)需要復(fù)雜的標(biāo)記過程，且標(biāo)記分子可能對(duì)生物分子的功能產(chǎn)生影響。另外每個(gè)生物分子上的熒光基團(tuán)數(shù)量很難精確控制，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行定量的檢測(cè)。與前述不同，在無(wú)標(biāo)記生物傳感技術(shù)中，目標(biāo)分子不需要改變，能夠保持其自然活性。檢測(cè)結(jié)果可靠，易于實(shí)現(xiàn)定量分析，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)分子間的相互作用。無(wú)標(biāo)記光學(xué)傳感機(jī)理是測(cè)量由分子相互作用引起的折射率的改變，這與樣品濃度或者表面密度有關(guān)。傳感光信號(hào)通常以倏逝波的形式集中在樣品表面，以e指數(shù)衰減形式進(jìn)入樣品溶液，衰減長(zhǎng)度一般為幾十到幾百納米。探測(cè)信號(hào)并沒有覆蓋到整個(gè)樣品的體積，因此適于微量樣品的檢測(cè)。當(dāng)超小探測(cè)容量(阿升到納升)時(shí)，無(wú)標(biāo)記光學(xué)探測(cè)變得十分有吸引力。另外，無(wú)標(biāo)記光學(xué)傳感器不受電磁波信號(hào)的干擾，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、體積小可以植入細(xì)胞中進(jìn)行探測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]近年，A.M.Armani等人在提出了利用耳語(yǔ)回廊?；⑶粚?shí)現(xiàn)無(wú)標(biāo)記高靈敏度的生物傳感器[Science 317,783(2007)]，引起了國(guó)內(nèi)外科學(xué)界的重視。光在微腔內(nèi)循環(huán)振蕩對(duì)目標(biāo)分子取樣多次，解決了探測(cè)的特異性和靈敏度等關(guān)鍵問題。但微型環(huán)芯等結(jié)構(gòu)的微腔需要通過復(fù)雜的光刻技術(shù)制作，價(jià)格昂貴，靈敏度亦有待進(jìn)一步提高。微納光纖制備簡(jiǎn)單、機(jī)械性能良好、損耗低，具有較大的倏逝場(chǎng)，對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)快，是實(shí)現(xiàn)傳感的最佳途徑之
O
[0004]目前大部分微納光纖傳感器都是單環(huán)或雙環(huán)機(jī)構(gòu)，Q值不高，靈敏度欠佳。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，以空心玻璃管作為支撐，利用微納米光纖構(gòu)筑多圈耦合結(jié)構(gòu)的多環(huán)微腔，可以實(shí)現(xiàn)超尚Q值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服生物體分子熒光標(biāo)記技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器。該傳感器具有制備簡(jiǎn)單、成本低廉、免標(biāo)記、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器，包括微納米光纖多環(huán)微腔和生物識(shí)別分子層；
[0007]所述的微納米光纖多環(huán)微腔表面覆蓋有生物識(shí)別分子層；
[0008]所述的微納米光纖多環(huán)微腔包括纏繞部、信號(hào)輸入部和信號(hào)輸出部，信號(hào)輸入部和信號(hào)輸出部分別連接于纏繞部的兩端；
[0009]所述的信號(hào)輸入部和信號(hào)輸出部是silica光纖尖錐；
[0010]所述的纏繞部包括微納米光纖和空心玻璃棒；
[0011 ]所述的微納米光纖表面涂有聚合物層；
[0012]所述的聚合物層的聚合物優(yōu)選為丙烯酸酯聚合物；
[0013]所述的生物識(shí)別分子層覆蓋在聚合物層的表面；
[0014]所述的微納米光纖由聚合物材料通過一步拉制法制備或用silica單模光纖加熱拉伸制備；
[0015]所述的空心玻璃棒的折射率為1.45;
[0016]所述的微納米光纖的折射率大于或等于1.45，直徑為Ιμπι?5μπι;
[0017]所述的纏繞部分設(shè)置為多環(huán)結(jié)構(gòu)，其環(huán)數(shù)優(yōu)選為2?12;
[0018]所述的環(huán)距(Λ )為兩個(gè)相鄰環(huán)的中心到中心的距離，優(yōu)選為2?20μπι;
[0019]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0020](I)本實(shí)用新型的生物傳感器的多環(huán)結(jié)構(gòu)比單環(huán)和雙環(huán)結(jié)構(gòu)Q值更高，性能更加優(yōu)異，檢測(cè)精度和靈敏度更高；
[0021](2)本實(shí)用新型采用微光纖系統(tǒng)，其利于富集介質(zhì)微球、細(xì)胞、生物分子等；
[0022](3)本實(shí)用新型的生物傳感器的制造方法，快捷方便，成本低廉且有效；
[0023](4)本實(shí)用新型具有精確的中心工作波長(zhǎng)、平坦的通帶、低損耗、高消光比、大的動(dòng)態(tài)范圍；
[0024](5)本實(shí)用新型具有體積小、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；
[0025](6)本實(shí)用新型采用高Q值的聚合物微納米光纖多環(huán)微腔，根據(jù)目標(biāo)傳感器，在其表面標(biāo)記生物識(shí)別分子層，應(yīng)用于無(wú)標(biāo)記生物傳感器靈敏度高，有較好的效果。
【附圖說明】
[0026]圖1是微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器的實(shí)例圖；其中，1-1是微納米光纖；1-2是信號(hào)輸入部;1-3是信號(hào)輸出部;2是空心玻璃棒;3是生物識(shí)別分子層;4是待測(cè)目標(biāo)分子。
[0027]圖2是實(shí)施例2的微納米光纖多環(huán)微腔的生物傳感器的透射譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0029]實(shí)施例1
[0030]該微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器，如圖1所示，包括微納光纖多環(huán)微腔和生物識(shí)別分子層3;
[0031]所述的微納米光纖多環(huán)微腔表面覆蓋有生物識(shí)別分子層3;
[0032]所述的微納米光纖多環(huán)微腔包括纏繞部、信號(hào)輸入部1-2和信號(hào)輸出部1-3，信號(hào)輸入部1-2和信號(hào)輸出部1-3分別連接于纏繞部的兩端；
[0033]所述的信號(hào)輸入部1-2和信號(hào)輸出部1-3是s i I i ca光纖尖錐；
[0034]所述的纏繞部包括微納米光纖1-1和空心玻璃棒2;
[0035]所述的微納米光纖1-1表面涂有聚合物層；
[0036]所述的聚合物層的聚合物優(yōu)選為丙烯酸酯聚合物；
[0037]所述的生物識(shí)別分子層3覆蓋在聚合物層的表面；
[0038]所述的微納米光纖1-1由聚合物材料通過一步拉制法制備或用siIica單模光纖加熱拉伸制備；
[0039]所述的空心玻璃棒2的折射率為1.45;
[0040]所述的微納米光纖1-1的折射率大于或等于1.45，直徑為Ιμπι?5μπι;
[0041]所述的纏繞部設(shè)置為多環(huán)結(jié)構(gòu)，其環(huán)數(shù)優(yōu)選為2?12;
[0042]所述的環(huán)距(Λ )為兩個(gè)相鄰環(huán)的中心到中心的距離，優(yōu)選為2?20μπι。
[0043]實(shí)施例2
[0044]所述的微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器的制備過程，包括如下步驟:
[0045]步驟一、使用折射率為1.45的空心玻璃棒2作為支持物，直徑為80μπι，空心玻璃棒2的厚度為I OOnm ο
[0046]步驟二、選取纖芯直徑為9μπι、直徑為125μπι的單模光纖(康寧SMF-28，市售)，制備直徑為0.7μπι的信號(hào)輸入和輸出端口光纖尖錐。
[0047]步驟三、通過一步拉制法制備直徑為0.5μπι的聚合物(如聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT))微米光纖。
[0048]步驟四、將聚合物納米光纖纏繞在空心玻璃棒2上，得到多環(huán)微腔，其相鄰線圈環(huán)的距離(Λ )為15μηι，環(huán)數(shù)為8。
[0049]步驟五、在微納米光纖1-1表面涂上丙烯酸酯聚合物(Luvantix PC-373)。
[0050]步驟六、將微納米光纖1-1在2.3 % (ν/ν)的戊二醛PBS緩沖溶液浸泡I小時(shí)。
[0051]步驟七、將步驟六所得的PTT納米光纖置于PBS緩沖溶液稀釋的IL-2抗體分子溶液中，IL-2抗體分子作為生物識(shí)別分子，保持4°C存放12小時(shí)，抗體分子IL-2固定在微納米光纖表面，形成生物識(shí)別分子層3。
[0052]該生物傳感器可檢測(cè)相應(yīng)的IL-2抗原。
[0053]根據(jù)目標(biāo)傳感器，采用表面功能化方法在微納米光纖1-1表面固定生物識(shí)別分子層3中的生物識(shí)別分子。如圖1所示，利用silica光纖尖錐，將來自激光器的連續(xù)光通過倏逝波耦合的方法耦合進(jìn)入微納米光纖多環(huán)微腔生物傳感器。滿足諧振條件的光在微腔內(nèi)反復(fù)繞行，直至完全損耗，只有極少量透射輸出；其他波長(zhǎng)的則全部透射輸出，形成如圖2所示的透射譜，其中諧振波長(zhǎng)為Ar，諧振線寬為δλη當(dāng)傳感器被浸入含有目標(biāo)分子的溶液時(shí)，特異性的目標(biāo)分子4結(jié)合在生物識(shí)別分子層3中的生物識(shí)別分子上，引起傳感表面的界面條件發(fā)生變化，擾亂了其諧振條件，諧振波長(zhǎng)變?yōu)锳r+ Δ Ar。根據(jù)Δ Ar變化的大小，可以檢測(cè)出生物分子4(如抗原分子)的濃度。
[0054]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器，其特征在于包括微納米光纖多環(huán)微腔和生物識(shí)別分子層； 所述的微納米光纖多環(huán)微腔表面覆蓋有生物識(shí)別分子層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其特征在于:所述的微納米光纖多環(huán)微腔包括纏繞部、信號(hào)輸入部和信號(hào)輸出部，信號(hào)輸入部和信號(hào)輸出部分別連接于纏繞部的兩端。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物傳感器，其特征在于:所述的信號(hào)輸入部和信號(hào)輸出部是si Iica光纖尖錐。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物傳感器，其特征在于:所述的纏繞部包括微納米光纖和空心玻璃棒。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物傳感器，其特征在于:所述的微納米光纖表面涂有聚合物層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物傳感器，其特征在于:所述的聚合物層的聚合物為丙烯酸酯聚合物。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的生物傳感器，其特征在于:所述的生物識(shí)別分子層覆蓋在聚合物層的表面。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物傳感器，其特征在于:所述的微納米光纖由聚合物材料通過一步拉制法制備或用s i I i ca單模光纖加熱拉伸制備。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物傳感器，其特征在于:所述的空心玻璃棒的折射率為1.45;所述的微納米光纖的折射率大于或等于1.45，直徑為Ιμπι?5μηι。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物傳感器，其特征在于:所述的纏繞部設(shè)置為多環(huán)結(jié)構(gòu)，其環(huán)數(shù)為2?12;所述的環(huán)距為2?20μπι。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種微納光纖多環(huán)微腔的生物傳感器。本實(shí)用新型具有精確的中心工作波長(zhǎng)、平坦的通帶、低損耗、高消光比、大的動(dòng)態(tài)范圍；具有體積小、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其多環(huán)結(jié)構(gòu)比單環(huán)和雙環(huán)結(jié)構(gòu)Q值更高，性能更加優(yōu)異，檢測(cè)精度和靈敏度更高；采用高Q值的聚合物微納米線多環(huán)微腔，根據(jù)目標(biāo)傳感器，在其表面標(biāo)記生物識(shí)別分子，應(yīng)用于無(wú)標(biāo)記生物傳感器靈敏度高，有較好的效果。
【IPC分類】G01N21/17, G01N33/53
【公開號(hào)】CN205353091
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521141678
【發(fā)明人】邢曉波, 吳羽, 何賽靈
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日