一种双通道光纤SPR生物传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双通道光纤SPR传感器。该双通道SPR传感器包括参考通道和传感通道，作为空白对照参考通道，检测由非特异性吸附引起的波长移动量；传感通道利用金膜与金纳米粒子之间的耦合效应增强局域电场强度提高检测灵敏度，利用氧化石墨烯薄膜来提高抗体的固定效率。双通道光纤SPR传感器中两个通道分别使用不同的金属膜，从而产生两个共振谷，实现双通道传感，具有消除非特异性吸附造成的测量误差和对温度不敏感的独特优势；同时双通道两个SPR共振谷相互分离，确保它们在检测过程中不会相互产生不利影响，使其更有利于生物传感。本实用新型专利技术有效解决了现有技术中的传感器灵敏度低、易受液体折射率变化和温度波动影响的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种双通道光纤SPR生物传感器
本技术涉及生物传感器
，具体涉及SPR生物传感器，尤其涉及一种双通道光纤SPR生物传感器。
技术介绍
SurfacePlasmonResonance(SPR)，中文名称为表面等离子体共振，它是一种常见的光学现象，它是指光波导中某一特定波长的入射光照射到金属(如金或银)薄膜时，光波就会与金属表面产生的等离子体波发生共振，称之为表面等离子体共振(SPR)效应。SPR效应会使反射光的能量发生锐减，从而形成共振波谷，同时，SPR对外界折射率十分敏感，当所测溶液浓度改变，即外界溶液折射率改变时，SPR的共振波谷就会随之移动，因此，本技术通过检测SPR共振波谷的偏移量而实现生物传感。SPR生物传感器由于其高灵敏度和生物相容性而在生物和化学检测中引起了极大的关注。根据表面等离子体波与周围生物分子之间的相互作用，导致共振角或共振波长的偏移，就可以实现外部生物分子的检测。与基于棱镜的传统SPR生物传感平台相比，光纤SPR生物传感器具有制作简单，成本低，结构小型化和抗电磁干扰等特性。然而，传统的SPR生物传感器缺乏足够的灵敏度来检测分子质量较低的生物分子，如DNA和较低浓度的生物样品。另外，大多数光纤生物传感器只有一个检测通道，只能检测一种分析物，在检测过程中，检测结果的准确性通常会受到生物样品的非特异性吸附或外界温度波动的影响。因此，需要进一步提高传感器的检测灵敏度和精确度。
技术实现思路
为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度和精确性较低的问题，本技术提出了一种双通道光纤SPR传感器。该双通道SPR传感器包括参考通道和传感通道，作为空白对照参考通道，检测由非特异性吸附引起的波长移动量；传感通道利用金膜与金纳米粒子之间的耦合效应增强局域电场强度来提高传感器的检测灵敏度，在镀有金膜的光子晶体光纤传感器的表面通过共价键结合方法来固定氧化石墨烯薄膜，利用氧化石墨烯薄膜来提高抗体的固定效率，抗体和被金纳米粒子固定的抗原之间的特异性结合引起共振波长漂移，根据光谱仪上显示的共振波长的移动量来实现抗原高灵敏度的测量；双通道光纤SPR传感器中两个通道分别使用不同的金属膜，从而产生两个共振谷，实现双通道传感。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种双通道光纤SPR生物传感器，包括参考通道和传感通道，参考通道和检测通道通过多模光纤连接，其中：参考通道包括第一光子晶体光纤，第一光子晶体光纤两端分别熔接多模光纤，第一光子晶体光纤表面镀银膜；参考通道作为空白对照，检测由非特异性吸附引起的波长移动量；传感通道包括第二光子晶体光纤，第二光子晶体光纤的两端分别熔接多模光纤，第二光子晶体光纤表面镀金膜，金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜上固化有对生物分子或化学成分具有选择性吸收的抗体膜层，对应于抗体的抗原被金纳米粒子固定，检测过程中抗体和抗原结合，使得表面固定有抗原的金纳米粒子固定在抗体薄膜上，金膜与金纳米粒子之间产生耦合效应。进一步地，所述的参考通道的第一光子晶体光纤和传感通道的第二光子晶体光纤的长度为0.5～2cm。进一步地，所述的参考通道的第一光子晶体表面镀银膜，银膜厚度为40～60nm。进一步地，所述的传感通道的第二光子晶体光纤表面镀金膜，金膜厚度为40～60nm。进一步地，所述的传感通道的金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，金膜表面通过共价键结合方法来固定氧化石墨烯薄膜，利用氧化石墨烯薄膜来提高抗体的固定效率。进一步地，所述的传感通道的金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜的厚度为0.2～0.6nm。进一步地，所述的传感通道的金纳米粒子的直径为10～50nm。本技术的原理如下：本技术主要利用双通道来提高光纤SPR传感器检测的灵敏度和精确度，其中一段光子晶体光纤作为传感通道，表面依次镀上金膜和氧化石墨烯薄膜，用于固定抗体，抗原和抗体之间的特异性结合及抗原的非特异性吸附都会引起传感通道的波长移动，为了排除传感通道中抗原的非特异性吸附引起的波长移动量，引入另一段镀银膜的光子晶体光纤作为参考通道，用于检测抗原的非特异性吸附引起的波长移动量，将传感通道的波长移动量减去参考通道的波长移动量就得到了抗原和抗体之间特异性结合引起的波长移动量，由此来提高检测的精确度。由上述双通道光纤SPR生物传感器形成的双通道光纤SPR传感系统，包括以多模光纤为光路的双通道光纤SPR传感器、宽带光源和光谱仪，双通道光纤SPR传感器输入端通过多模光纤光路将宽带光源发出的光传输至双通道光纤SPR传感器，双通道光纤SPR传感器输出端连接光谱仪，光谱仪通过数据接口连接到计算机，双通道光纤SPR生物传感器置于待检测生物分子的溶液中。进一步地，所述的双通道光纤SPR传感系统置于密闭的管状待检测容器中，待检测容器两端设置有进样口和出样口。进一步的地，所述的管状待检测容器带有固定支架，固定支架支撑管状待检测容器并置于固定位置。传感通道外表面从内外分别镀金膜和氧化石墨烯薄膜作为生物传感通道，利用氧化石墨烯薄膜来提高抗体的固定效率，抗体和被金纳米粒子固定的抗原之间的特异性结合引起共振波长漂移，根据光谱仪上显示的共振波长的移动量来实现抗原高灵敏度的测量。在参考通道的外表面镀银膜，作为空白对照，检测非特异性吸附引起的波长移动量，进而提高检测的精确度。上述双通道光纤SPR传感器的制备方法，步骤如下：(1)制备双通道光纤传感器将第一光子晶体光纤和第二光子晶体光纤的两端通过熔接机分别熔接多模光纤，即两段光子晶体光纤之间也通过熔接的多模光纤连接，第一光子晶体光纤和第二光子晶体光纤的长度都为0.5～2cm，熔接时的放电强度为50～100mW，放电电流为3000～5000mA，熔接温度为2000～3000℃；(2)制备参考通道通过银镜反应对第一光子晶体光纤表面镀银膜，银膜厚度为40～60nm；(3)制备传感通道ⅰ镀金膜将第二光子晶体光纤放进真空离子束溅射仪中，对第二光子晶体光纤表面镀金膜，真空离子束溅射仪的电流为5～7mA，时间为2～4分钟，金膜厚度为40～60nm；ⅱ固定氧化石墨烯薄膜将镀金膜的第二光子晶体光纤浸入0.5～2mmol/L的4-氨基苯硫酚乙醇溶液中6～24小时，以进行金膜表面胺化，4-氨基苯硫酚分子可以通过Au-S共价键与金膜连接，并且将胺基(-NH2)留在外面，以进一步与氧化石墨烯的环氧基结合；用蒸馏水冲洗后，第二光子晶体光纤浸入0.05～1mg/mL的氧化石墨烯水溶液中，将所述氧化石墨烯水溶液放进温度为30～60℃的恒温箱中，在20～60分钟后，氧化石墨烯分散液蒸发，通过物理蒸发方法实现在金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜的厚度为0.2～0.6nm；ⅲ固定抗体将第二光子晶体光纤浸泡在0.5～1mL浓度为0.1～0.4mol/L的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和0.5～1mL浓度为0.1～0.4mol/L的N-羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，15～60分钟后，蒸馏水冲洗干净；然后将其浸入入到待固定的抗体溶液中进行抗体固定；ⅳ金纳米粒子固定抗原将待检测抗原加入到浓度为500～1000ppm、直径为10～50nm的金纳米粒子分散液中，通过静电自组装将抗原固定在金纳米粒子的表面；(4)检测抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双通道光纤SPR生物传感器，其特征在于，包括参考通道和传感通道，参考通道和检测通道通过多模光纤连接，其中：参考通道包括第一光子晶体光纤，第一光子晶体光纤两端分别熔接多模光纤，第一光子晶体光纤表面镀银膜；参考通道作为空白对照，检测由非特异性吸附引起的波长移动量；传感通道包括第二光子晶体光纤，第二光子晶体光纤的两端分别熔接多模光纤，第二光子晶体光纤表面镀金膜，金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜上固化有对生物分子或化学成分具有选择性吸收的抗体膜层，对应于抗体的抗原被金纳米粒子固定，检测过程中抗体和抗原结合，使得表面固定有抗原的金纳米粒子固定在抗体薄膜上，金膜与金纳米粒子之间产生耦合效应。

【技术特征摘要】
2018.08.22 CN 20181096109701.一种双通道光纤SPR生物传感器，其特征在于，包括参考通道和传感通道，参考通道和检测通道通过多模光纤连接，其中：参考通道包括第一光子晶体光纤，第一光子晶体光纤两端分别熔接多模光纤，第一光子晶体光纤表面镀银膜；参考通道作为空白对照，检测由非特异性吸附引起的波长移动量；传感通道包括第二光子晶体光纤，第二光子晶体光纤的两端分别熔接多模光纤，第二光子晶体光纤表面镀金膜，金膜表面固定氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜上固化有对生物分子或化学成分具有选择性吸收的抗体膜层，对应于抗体的抗原被金纳米粒子固定，检测过程中抗体和抗原结合，使得表面固定有抗原的金纳米粒子固定在抗体薄膜上，金膜与金纳米粒子之间产生耦合效应。2.根据权利要求1所述的一种双通道光纤SPR生物传感器，其特征在于，所述的参考通道的第一光子晶体光纤和传感通道的第二光子晶体光纤的长度为0.5～2cm。3.根据权利要求1所述的一种双通道光纤SPR生物传感器，其特征在于，所述的参考通道的第一光子晶体表面镀银膜，银膜厚度为40～60nm。4.根据权利要求1所述的一种双通道光纤SPR生物传感器，其特征在于，所述的传感通道的第二光子晶体光纤表面镀金膜，金膜厚度为40～60nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪州，王琦，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21