一种高灵敏度光纤SPR生物传感器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种高灵敏度光纤SPR生物传感器。本实用新型专利技术主要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，根据共振波长的移动量来实现抗原高灵敏度和低检测限的测量。本实用新型专利技术解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低的问题，在免疫分析和低浓度或小生物分子检测中有着广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度光纤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，尤其涉及一种高灵敏度光纤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达到检测生物样品浓度的目的。表面等离子体共振(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，会导致共振角或共振波长的漂移，由此可实现外部生物分子的检测。与基于棱镜的传统SPR生物传感器相比，光纤SPR生物传感器具有制作简单，成本低，传感结构小型化和抗电磁干扰的特性。然而，传统的SPR生物传感主要依靠金膜来实现检测，缺乏足够高的灵敏度来检测更低相对分子质量的生物分子，因此，仍然需要进一步提高传感器的灵敏度，这样有助于扩大传感器的应用范围。
技术实现思路
为了解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低的问题，本技术提出了一种高灵敏度光纤SPR生物传感器。本技术主要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，根据共振波长的移动量来实现抗原高灵敏度和低检测限的测量。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种高灵敏度光纤SPR生物传感器，包括光子晶体光纤，光子晶体光纤两端分别熔接多模光纤，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，所述的光子晶体光纤的长度为0.5～2cm。进一步地，所述的光子晶体光纤表面镀金膜，金膜的厚度为40～60nm。进一步地，所述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，根据共振波长的移动量来实现抗原高灵敏度和低检测限的测量。上述高灵敏度光纤SPR生物传感器的制备方法，步骤如下：(1)制备光子晶体光纤传感器将光子晶体光纤两端通过熔接机分别熔接多模光纤，光子晶体光纤的长度为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)镀金膜将制备的光子晶体光纤传感器放进真空离子束溅射仪中，对传感器表面镀金膜，真空离子束溅射仪的电流为5～7mA，时间为2～4分钟，金膜的厚度为40～60nm；(3)固定氧化石墨烯薄膜将镀金膜后的光子晶体光纤传感器浸入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，光子晶体光纤传感器浸入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；(4)固定抗体将光子晶体光纤传感器浸泡在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；然后将其进入到待固定的抗体溶液中进行抗体固定；(5)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；(6)检测抗原在温度25～37℃下，向光子晶体光纤传感器表面依次加入被金纳米粒子固定的人免疫球蛋白溶液，根据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，实现抗原的检测。由上述高灵敏度光纤SPR生物传感器形成的传感系统，其特征在于，包括以多模光纤为光路的高灵敏度光纤SPR生物传感器，其输入端连接光谱为可见光波段的宽带光源，其输出端连接宽带光谱仪，宽带光谱仪通过数据接口连接到计算机，高灵敏度光纤SPR生物传感器置于待检测的生物分子溶液中。进一步地，所述的高灵敏度光纤SPR生物传感器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。本技术与现有技术相比的有益效果是：1、利用金膜和金纳米粒子之间的耦合效应来增强局域电场强度，使得该光子晶体光纤生物传感器具有高灵敏度和低检测限的优点；2、氧化石墨烯具有优异的生物传感特性，具有生物相容性和大比表面积，可以更好地实现抗体的固定；3、通过共价键结合方式在金膜表面固定氧化石墨烯膜，利用静电自组装方法把抗原固定在金纳米粒子表面，氧化石墨烯促进金膜和金纳米粒子之间电子的转移，有利于增强电场强度，提高检测灵敏度；4、光子晶体光纤本身具有对温度不敏感特性，可以减少外界环境温度的波动对检测造成影响，传感器具有良好的稳定性和重复性；综上所述，本技术解决了现有光纤SPR生物传感器灵敏度较低的问题，在免疫分析和低浓度或小生物分子检测中有着广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术提出实施例1中的一种高灵敏度光纤SPR生物传感器的传感器的结构示意图；图2是本技术提出实施例1中的高灵敏度光纤SPR生物传感器的检测系统示意图；图3是现有技术中光纤SPR生物传感器结构示意图；图4为本技术实施例1中高灵敏度光纤SPR生物传感器在外界氯化钠溶液折射率从1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度光纤SPR生物传感器，其特征在于，包括光子晶体光纤，光子晶体光纤两端分别熔接多模光纤，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 20181096109851.一种高灵敏度光纤SPR生物传感器，其特征在于，包括光子晶体光纤，光子晶体光纤两端分别熔接多模光纤，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所述的一种高灵敏度光纤SPR生物传感器，其特征在于，所述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。3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度光纤SPR生物传感器，其特征在于，所述的光子晶体光纤的长度为0.5～2cm。4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度光纤SPR生物传感器，其特征在于，所述的光子晶体光纤表面镀金膜，金膜的厚度为40～60n...

【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