一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤传感装置，一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，包括微纳光纤干涉仪、生物功能化膜和乳腺癌标志物的抗体；所述的微型光纤生物传感器是在乳腺癌标志物的抗体固定后浸入含有乳腺癌标志物（HER2）样品液中，并将光源打开使得光输入到微型光纤生物传感器，利用微纳光纤干涉仪表面倏逝波对环境变化高灵敏的特性，对乳腺癌标志物（HER2）和乳腺癌标志物的抗体特异性结合引起传感器表面折射率变化，从而快速检测出血清中乳腺癌标志物（HER2）的浓度。

A Micro Fiber Optic Biosensor for Rapid Detection of Breast Cancer Markers in Serum

【技术实现步骤摘要】
一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器
本专利技术涉及一种光纤传感装置，尤其是一种快速检测血清中乳腺癌标志物的光纤传感方法，属于光纤生物传感器领域。
技术介绍
乳腺癌是第三大常见癌症，已成为威胁女性健康的常见肿瘤。全球乳腺癌的发病率一直处于上升趋势，给患者和家庭都造成了极大的痛苦，因此降低乳腺癌的死亡率是当前社会亟需解决的重大问题。这就需要对乳腺癌早期病例早发现早治疗，从而减少患者痛苦和提高生存率。前期癌症患者的体液中如血液，血清，尿液等中会出现肿瘤生物标志物的过度表达，只要对乳腺癌标记物含量的检测可以有助于确定某些类型的存在或进展癌症。众所周知，HER2是良好的生物标志物，大约25％-30％的乳腺癌患者伴有HER2的过度表达。乳腺癌标志物检测常用到荧光标记或染色标记，这样提供极高的灵敏度甚至单分子水平，但是存在成本高，程序复杂性和标记影响生物分子本身性质等缺陷。因此，开发研究一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤传感器，提升非损伤途径早期乳腺癌诊断的“准确性”和“可实现性”。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何克服上述现有技术的缺点与不足，构建一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，该传感器采用微纳光纤干涉仪作为倏逝波探测的界面，并在该界面上修饰识别元件作为特异性检测的有效载体。本专利技术不仅免标记、低成本，而且利用光纤探针体积小特点，可实现快速检测血清中生物标志物。本专利技术所采用的技术方案是：一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，包括微纳光纤干涉仪、生物功能化膜和乳腺癌标志物的抗体；所述微纳光纤干涉仪结构由微纳光纤过渡区和均匀区组成；所述生物功能化膜是通过共价键作用连接光纤和乳腺癌抗体，具有桥梁作用；所述乳腺癌标志物的抗体作为识别分子，通过生物功能化膜固定到光纤表面上；所述的微型光纤生物传感器是在乳腺癌标志物的抗体固定后浸入含有乳腺癌标志物(HER2)样品液中，并将光源打开使得光输入到微型光纤生物传感器，利用微纳光纤干涉仪表面倏逝波对环境变化高灵敏的特性，对乳腺癌标志物(HER2)和乳腺癌标志物的抗体特异性结合引起传感器表面折射率变化，从而快速检测出血清中乳腺癌标志物(HER2)的浓度。进一步的，所述微纳光纤干涉仪通过将光敏光纤通过高温火焰拉制而成。进一步的，所述微纳光纤干涉仪的均匀区直径为5-7μm。进一步的，所述光源为1250-1650nm波段的宽带光源。由于微纳光纤干涉仪的大倏逝场特性提供高灵敏地感知外界环境的变化。微纳光纤干涉仪由中间直径均匀的束腰区域和两个锥形过渡区域构成，一个锥形过渡区域激发的基模和高阶模在束腰区域传播，与另一个锥形过渡区域耦合，由于基模和高阶模传输系数不同，在满足干涉条件下才形成干涉条纹。干涉总强度为Ico和Icl分别为第一基模HE11和第二基模HE12高阶模的强度。φ是两个干涉模式之间的相位差。微纳光纤干涉仪感知外界环境的灵敏度公式为为色散因子，对于石英光纤来说一般为负值，体现折射率差和波长之间的关系。Δn是基模HE11和高阶模HE12的折射率差。等号右侧括号中依赖于外界环境折射率的变化。外界环境折射率nex增加时，通常HE12比HE11的有效折射率有更大的增量，因此由公式(2)推得随着外界环境折射率的增加，波长会发生红移(向长波方向漂移)。综上，微纳光纤干涉仪对外界环境的折射率具有高灵敏度，可以用于乳腺癌肿瘤标志物浓度的检测。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术将单锥微纳光纤形成干涉结构作为传感探针，通过共价键作用将乳腺癌抗体固定在光纤表面，进而与血清中不同的乳腺癌标志物特异性结合，因此可对血清中快速监测肿瘤标志物浓度，可见本专利技术光纤生物传感器的结构紧凑，实现多参量检测；本专利技术光纤生物传感器的直径均为微米或纳米量级的，故本专利技术的传感器结构非常的小巧。(2)本专利技术的光纤生物传感器无需标记，简化程序流程，解决操作专业性强、成本高、背景信号强等问题。可以实时监测生物分子相互作用的响应，能够迅速的对分析物做出评估，并能够再生可重复使用。(3)本专利技术的光纤生物传感器，与传统的电化学传感器相比，具有抗电磁干扰的优势，因此可实现乳腺癌标志物的在体实时监测。(4)本专利技术利用微纳光纤干涉仪界面的倏逝波对外界环境变化敏感的特性，通过观测光纤干涉峰位置变化获取乳腺癌标志物浓度信息，其灵敏度高达0.11nm/(ng/mL)。(5)本专利技术的光纤生物传感器拥有广阔的应用前景，例如肺癌肿瘤标志物等其他癌症早期诊断。附图说明图1是本专利技术原理和结构示意图；图2本专利技术的光纤传感器浸入血清中时快速监测不同肿瘤标志物浓度的输出光谱图。图3为本专利技术的光纤传感器快速监测血清中肿瘤标志物浓度时干涉峰波长变化图。具体实施方式如图1所示，一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，包括微纳光纤干涉仪1、生物功能化膜2和乳腺癌标志物的抗体3，通过在一根光纤上制作成生物传感探头，可见本实施例的光纤生物传感器的组成结构和制备过程都非常简单。其中微纳光纤干涉仪1是将光敏光纤通过火焰熔融拉锥加工得到，优选的微纳光纤中间腰部直径为5μm。故本实施例的光纤传感器的结构非常小巧。其中生物功能化膜2通过共价键作用连接光纤表面和乳腺癌抗体，具有中间桥梁作用，其包裹在微纳光纤干涉仪1的外表面。具体采用共价键合法对光纤传感器件进行表面功能化处理，步骤一把微纳光纤干涉仪1构成“U”型结构使得干涉仪变成探针式结构，采用离心管分装少量生物溶液，实现在微纳光纤部分固定生物功能化膜2；步骤二将微纳光纤干涉仪1在浓硫酸和双氧水按体积比7:3配得溶液中室温浸泡30分钟，可使光纤表面带有羟基；步骤三再将微纳光纤干涉仪1放入以无水乙醇作为溶剂的5％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyl-triethoxysilane(APTES))溶液浸泡到15分钟；浸泡入2.5％的戊二醛(glutaraldehyde)溶液室温30分钟，该溶液由磷酸盐缓冲生理盐水缓冲液(phosphatebufferedsalinebuffer(PBS，pH＝7.4))为溶剂配比出所需浓度；步骤四再将微纳光纤干涉仪1浸泡在浓度为10μg/mL的乳腺癌肿瘤标志物HER2抗体溶液3，室温1小时。本实施例的微纳光纤干涉仪1具有大倏逝场特性，其感知外界环境折射率的灵敏性强，其折射率灵敏度为1867nm/RIU。利用微纳光纤干涉仪表面倏逝波对环境变化高灵敏的特性，对乳腺癌标志物(HER2)和乳腺癌标志物的抗体特异性结合引起传感器表面折射率变化，从而快速检测出血清中乳腺癌标志物(HER2)的浓度。如图2为本专利技术的光纤传感器时快速监测血清中不同浓度肿瘤标志物的输出光谱图。因为抗原抗体的特异性结合使得传感表面倏逝波干涉峰的波长随乳腺癌标志物(HER2)浓度变化。实验过程是每间隔15分钟测量一个浓度，与电化学检测和荧光检测相比，达到快速检测的效果。图3为在浓度2ng/mL到15ng/mL浓度范围内，随着乳腺癌标志物(HER2)浓度增大，干涉峰波长变化呈现线性规律，其关系可表示为：Δλ(nm)＝0.11c(ng/mL)-0.11其中，Δλ为干涉峰的波长漂移，c为乳腺癌标志物(HER2)的浓度。因此，通过本专利技术的的干涉峰位置变化获取乳腺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，其特征在于：包括微纳光纤干涉仪、生物功能化膜和乳腺癌标志物的抗体；所述微纳光纤干涉仪结构由微纳光纤过渡区和均匀区组成；所述生物功能化膜是通过共价键作用连接光纤和乳腺癌抗体，具有桥梁作用；所述乳腺癌标志物的抗体通过生物功能化膜固定到光纤表面上；所述的微型光纤生物传感器在浸入含有乳腺癌标志物样品液中，光输入到微型光纤生物传感器，利用微纳光纤干涉仪表面倏逝波对环境变化高灵敏的特性，对乳腺癌标志物和乳腺癌标志物的抗体特异性结合引起传感器表面折射率变化，从而快速检测出血清中乳腺癌标志物的浓度。

【技术特征摘要】
1.一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，其特征在于：包括微纳光纤干涉仪、生物功能化膜和乳腺癌标志物的抗体；所述微纳光纤干涉仪结构由微纳光纤过渡区和均匀区组成；所述生物功能化膜是通过共价键作用连接光纤和乳腺癌抗体，具有桥梁作用；所述乳腺癌标志物的抗体通过生物功能化膜固定到光纤表面上；所述的微型光纤生物传感器在浸入含有乳腺癌标志物样品液中，光输入到微型光纤生物传感器，利用微纳光纤干涉仪表面倏逝波对环境变化高灵敏的特性，对乳腺癌标志物和乳腺癌标志物的抗体特异性结合引起传感器表面折射率变化，从而快速检测出血清中乳腺癌标志物的浓度。2.根据权利要求1所述的一种快速检测血清中乳腺癌标志物的微型光纤生物传感器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹丹，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14