一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器制造技术

本实用新型专利技术光纤生物技术领域，特别涉及光纤生物传感器领域。一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器，由顺序连接的大直径柱形光纤1、圆台形光纤2、小直径柱形光纤3构成，小直径柱形光纤3上有光纤布拉格光栅4，大直径柱形光纤1端为输出端。本实用新型专利技术小巧且结构紧凑，在监测生物分析物（目标DNA序列）浓度的同时实现温度补偿，本实用新型专利技术无需标记，简化了程序流程，解决了操作专业性强、成本高、背景信号强等问题。

A grating type micro / nano fiber biosensor without temperature compensation

【技术实现步骤摘要】
一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器
本技术光纤生物
，特别涉及光纤生物传感器领域。
技术介绍
凭借着近年来的不断进步，光纤传感技术从最初的物理量测量逐渐渗透到生命、化学、医学检测等领域，其具有独特的优势比如结构灵活、价格低、抗电磁干扰、可复用、生物兼容性、灵敏度高、响应快速等。作为一种有前途的光纤传感器件，光栅型微纳光纤传感器提供较强的倏逝波能够完成高灵敏度检测，然而通常在生物传感测量中存在温度交叉敏感，影响检测准确性。因此，同时在实际监控系统中实现温度补偿至关重要。DNA是生命的基本物质之一，其广泛存在于所有生物体内。DNA是承载着遗传信息，具有储存和传递信息的功能。对DNA特定序列检测的深远意义，因此制作出高性能的传感器是刻不容缓的任务。免标记光纤光栅倏逝波传感技术用于实现DNA生物传感是当今生物医学传感领域的研究热点。本文研发的光栅型微纳光纤不仅有微纳光纤的优势，而且具有光栅的波长编码、本征反射特性、制备方便等优点，能够满足生物传感技术的需求。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：如何克服现有技术的缺点与不足，构建一种高灵敏度、高特异性、免标记、简便、可在体检测的微型化光纤生物传感器。本技术所采用的技术方案是：一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器，由顺序连接的大直径柱形光纤1、圆台形光纤2、小直径柱形光纤3构成，小直径柱形光纤3上有光纤布拉格光栅4，大直径柱形光纤1端为输出端。作为一种优选方式：大直径柱形光纤1为直径125μm的玻璃光纤，小直径柱形光纤3为直径为4μm的玻璃光纤，圆台形光纤2为一端面直径为125μm另一端面直径为4μm的玻璃光纤。作为一种优选方式：圆台形光纤2两个端面之间的距离为3mm，光纤布拉格光栅4的长度为3mm，周期为1070.49nm。光栅型微纳光纤器件的大倏逝场特性提供高灵敏地感知外界环境的变化。光入射到光纤光栅时，光纤中传输满足布拉格条件的光波在经过周期栅格反射之后逐步累加，进而形成反射波。光栅型微纳光纤的基模和高阶模式反射波长具有不同的折射率响应和相同的温度响应。基于微纳光纤光栅的不同模式波长差的漂移消除温度交叉敏感，进而实现去温度敏感的生物分析物检测。本技术的有益效果是：本技术小巧且结构紧凑，在监测生物分析物（目标DNA序列）浓度的同时实现温度补偿，本技术无需标记，简化了程序流程，解决了操作专业性强、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。本技术拥有广阔的应用前景，例如可以用于DNA序列杂交检测或肺癌肿瘤标志物等其他癌症早期诊断检测。附图说明图1是本技术结构示意图；图2是本技术光纤布拉格光栅的反射光谱图。图3是本技术实时监测探针单链DNA序列和目标DNA序列的波长间隔响应曲线图；其中，1、大直径柱形光纤，2、圆台形光纤，3、小直径柱形光纤，4、光纤布拉格光栅。具体实施方式如图1所示，一种免标记光栅型微纳光纤生物传感器，在一根直径125μm的玻璃光纤的一端拉锥制作成顺序连接的大直径柱形光纤1、圆台形光纤2、小直径柱形光纤3，小直径柱形光纤3的直径为4μm，圆台形光纤2两个端面之间的距离为3mm，用193nm准分子激光器结合相位掩膜板的方式在小直径柱形光纤3上制作长度为3mm，周期为1070.49nm的光纤布拉格光栅4。本实施例的带光栅型微纳光纤4的小直径柱形光纤3具有大倏逝场特性，其感知外界环境折射率的灵敏性强，其基模折射率灵敏度为53.8nm/RIU，高阶模的折射率灵敏度为304.5nm/RIU，波长间隔的折射率灵敏度大概为210nm/RIU；由于在同一根石英光纤写制的光栅，其热光系数和热膨胀系数相差不大，可以认为基模和高阶模的反射峰温度灵敏度相似。因此采用光栅型微纳光纤的多个模式反射峰的波长差可以去除温度交叉敏感，实现绝对的折射率测量，从而可以高灵敏度检测生物分子相互作用的实时响应。本实例中采用吸附法（多聚赖氨酸）进行表面功能化处理。由于光纤表面本身带有负电荷，本技术可以直接浸泡在显示正电荷的多聚赖氨酸中，其中多聚赖氨酸是作为桥梁的作用，连接探针单链DNA序列（浓度20µM），之后光栅型微纳光纤传感器件可以用于监测目标DNA序列（浓度1µM）的响应。如图2所示本实例中光纤传感器的反射光谱图，其基模和高阶模的反射峰。本专利技术采用这两个反射峰波长差值的变化来反映生物分子的相互作用。在图3显示本专利技术的光栅型微纳光纤的实时监测探针单链DNA序列和目标DNA序列的波长间隔响应曲线。本技术小巧且结构紧凑，在监测生物分析物（目标DNA序列）浓度的同时实现温度补偿，本技术无需标记，简化了程序流程，解决了操作专业性强、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。本技术拥有广阔的应用前景，可以用于DNA序列杂交检测或肺癌肿瘤标志物等其他癌症早期诊断检测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器，其特征在于：由顺序连接的大直径柱形光纤（1）、圆台形光纤（2）、小直径柱形光纤（3）构成，小直径柱形光纤（3）上有光纤布拉格光栅（4），大直径柱形光纤（1）端为输入输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器，其特征在于：由顺序连接的大直径柱形光纤（1）、圆台形光纤（2）、小直径柱形光纤（3）构成，小直径柱形光纤（3）上有光纤布拉格光栅（4），大直径柱形光纤（1）端为输入输出端。


2.根据权利要求1所述的一种免标记温度补偿的光栅型微纳光纤生物传感器，其特征在于：大直径柱形光纤（1）为直径125μm的玻璃光纤，小直径柱形光纤（3）为直径为4μm的玻璃光纤，圆台形光纤（2）为一...

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