一种基于双通道结构的光纤SPR传感器及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双通道结构的光纤SPR传感器，包括光纤SPR传感器主体；光纤SPR传感器主体为一根光纤；该光纤的两端分别安装有一个SMA连接器；该光纤包括从内向外依次分布的纤芯、包层以及涂覆层；该光纤上设置有第一传感区域和第二传感区域；第一传感区域包括从内向外依次分布的纤芯、粘结层、第一金膜层、第一自组装分子层；第二传感区域包括从内向外依次分布的纤芯、内金膜层、氧化铟锡膜层、外金膜层和第二自组装分子层；两个传感区域之间的部分表面覆盖有环氧胶。本发明专利技术还公开了传感器的检测方法。本发明专利技术设计科学，通过将传感器的传感区域分为两个部分，并将两个传感区域的共振峰分开，达到双通道检测的目的。达到双通道检测的目的。达到双通道检测的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双通道结构的光纤SPR传感器及其检测方法


[0001]本专利技术涉及生物医学传感器
，特别是涉及一种基于双通道结构的光纤SPR传感器及其检测方法。

技术介绍

[0002]近年来，肝癌的发病率和总体死亡率呈上升趋势，其中，原发性肝癌是肝脏中最常见的恶性肿瘤，由于肝癌的发病过程极为复杂，传统的诊断方法不能有效且准确地对原发性肝癌进行早期诊断，寻找一种有效的肝癌早期诊断方法，成为了提高肝癌患者生存率的首要任务，因此，提出联合检测早期肝癌标志物的方法，对提高早期肝癌的检测效率具有重要意义。
[0003]目前，表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)生物传感器，是基于生物分子在识别并形成复合物过程中，引起界面折射率变化与一定波长的入射光在界面形成的反射光衰减程度存在直接的相关性的原理而研制的一种光学检测仪器。表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器，与传统的电化学传感器相比较，具有检测速度更快、更易于操作等特点。目前，市场上以Biacore系列的SPR分析仪器为主导，该仪器将能特异性识别待测物的检测分子修饰在传感器表面，当样本溶液流过传感芯片表面时，若样本中的待测物分子与检测分子发生特异性反应，将会引起传感器表面的物质质量(厚度)发生变化，表面折射率也会发生相应的变化，从而影响SPR信号。
[0004]需要说明的是，表面等离子体共振，是由金属薄膜的光学耦合产生的一种物理效应。当光束以临界角从光密介质射入到光疏介质中时，会发生全反射现象，此时，如果光疏介质中的倏逝波的传播常数与金属膜内表面电子(即等离子体)的传播常数相互匹配，就会引起电子共振，即发生表面等离子共振。此时，入射光的部分能量被吸收，并在反射光谱上出现一个最小值，即共振峰。共振峰的位置随金属膜表面待测物的折射率变化而变化，通过建立数学模型，推算出待测介质的折射率，即可换算出待测介质的浓度。在生物分子的研究和检测方面，通过在金属表面修饰不同的物质，可以特异性吸附生物分子，当它们发生相互作用时产生的化学变化，将导致传感器表面折射率变化，然后再将光信号转化为电信号，从而达到定量分析生物分子浓度的目的。
[0005]然而，现有的商用化SPR仪器大多数是基于棱镜耦合式结构，相对于光纤SPR传感器，虽具有较高的灵敏度，但是光学和机械零件繁多且成本高昂，尤其是难以实现系统的小型化，因此，近年来一些研究人员将目光转移向了基于光纤的SPR传感器，并取得了一些进展。
[0006]目前，血清标志物在人体内的含量变化，相对于影像学检测或临床症状要早半年的时间，并且血清肿瘤标志物的检测样本采集简便，检验过程操作简单、快速，因此，该方法适用于早期肝癌的发现和筛查。然而，由于原发性肝癌的发生、发展过程具有较高的复杂性,因此，现阶段临床实行的单一的肿瘤标志物诊断方法。该方法对于肿瘤检测和判断预后的准确性较低，并且对器官和组织缺乏检测特异性，导致出现漏诊、误诊等情况，对恶性肿
瘤诊断效果并不理想。正常人体内的肿瘤标志物含量变化，可以反映多种癌症疾病的发生，但是，当机体发生一些良性疾病时，其含量也会升高，由于大多数癌症发生时会存在两种及以上的标志物含量同时发生变化，因此，越来越多的研究者们提出在诊断肝癌细胞时，选择一些理想的肿瘤标志物(例如两种肿瘤标志物，即两种生物分子)进行同时检测,这有利于提高诊断的阳性率以及检测的准确性。
[0007]但是，对于现有的、普通的基于光纤的SPR传感器，无论在其上滴加一种或者多种待测生物分子，其输出的反射光在反射光谱中始终保持是单一的共振峰，也就是说，仅仅具有单通道传感功能，因此，通过现有的反射光谱相关检测设备，在每次检测操作中，只是能够针对仅仅一种待测生物分子在反射光谱中的共振峰进行检测，因此检测效率较低，并且其结构复杂，无法实现小型化。
[0008]需要说明的是，SPR传感器在检测生物分子的共振峰之后，再可以做进行进一步的分析使用，例如可以根据预先建立的生物分子的浓度与共振波长之间的线性关系(例如，通过预先测量多次已知浓度的生物分子的共振波长来获知)，对于其上滴加的一种未知浓度的待测生物分子，得到这种生物分子的浓度。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种基于双通道结构的光纤SPR传感器及其检测方法。
[0010]为此，本专利技术提供了一种基于双通道结构的光纤SPR传感器，包括光纤SPR传感器主体；
[0011]光纤SPR传感器主体为一根光纤；
[0012]该光纤的两端，分别安装有一个SMA连接器；
[0013]该光纤，包括从内向外依次分布的纤芯、包层以及涂覆层；
[0014]该光纤上，设置有间隔分布的第一传感区域和第二传感区域；
[0015]其中，第一传感区域，包括从内向外依次分布的纤芯、粘结层、第一金膜层、第一自组装分子层；
[0016]其中，第二传感区域，包括从内向外依次分布的纤芯、内金膜层、氧化铟锡膜层、外金膜层和第二自组装分子层；
[0017]其中，光纤中位于第一传感区域和第二传感区域两者的间隔部分，表面覆盖有环氧胶。
[0018]优选地，光纤SPR传感器主体采用的光纤，包括多模光纤、单模光纤和侧边抛磨光纤中的任意一种。
[0019]优选地，粘结层的材质，包括金属铬或金属钛。
[0020]优选地，粘结层，为铬膜或者金属钛膜。
[0021]优选地，第一传感区域和第二传感区域沿着光纤的轴向所分布的长度范围，为10
‑
15mm；
[0022]光纤中位于第一传感区域和第二传感区域两者之间的间隔部分的长度范围，为10
‑
15mm；
[0023]第一传感区域中的第一金膜层的厚度范围，为20
‑
40nm；
[0024]第二传感区域的内金膜层的厚度范围，为20
‑
40nm；
[0025]第二传感区域中作为中间层的氧化铟锡膜层的厚度范围，为5
‑
35nm；
[0026]第二传感区域中的外金膜层的厚度范围，为5
‑
25nm。
[0027]优选地，第一传感区域和第二传感区域沿着光纤的轴向所分布的长度为10mm；
[0028]光纤中位于第一传感区域和第二传感区域两者之间的间隔部分的长度为10mm；
[0029]第一传感区域中的第一金膜层的厚度为25nm；
[0030]第二传感区域的内金膜层的厚度范围为30nm；
[0031]第二传感区域中作为中间层的氧化铟锡膜层9的厚度为30nm；
[0032]第二传感区域中的外金膜层的厚度为10nm。
[0033]优选地，对于第一传感区域和第二传感区域，其分别具有的第一自组装分子层以及第二自组装分子层，均是通过在11
‑
巯基十一烷酸溶液中浸泡获得。
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双通道结构的光纤SPR传感器，其特征在于，包括光纤SPR传感器主体(1000)；光纤SPR传感器主体(1000)为一根光纤；该光纤的两端，分别安装有一个SMA连接器(1)；该光纤，包括从内向外依次分布的纤芯(4)、包层(3)以及涂覆层(2)；该光纤上，设置有间隔分布的第一传感区域(100)和第二传感区域(200)；其中，第一传感区域(100)，包括从内向外依次分布的纤芯(4)、粘结层(5)、第一金膜层(6)、第一自组装分子层(71)；其中，第二传感区域(200)，包括从内向外依次分布的纤芯(4)、内金膜层(8)、氧化铟锡膜层(9)、外金膜层(10)和第二自组装分子层(72)；其中，光纤中位于第一传感区域(100)和第二传感区域(200)两者的间隔部分，表面覆盖有环氧胶。2.如权利要求1所述的基于双通道结构的光纤SPR传感器，其特征在于，光纤SPR传感器主体(1000)采用的光纤，包括多模光纤、单模光纤和侧边抛磨光纤中的任意一种。3.如权利要求1所述的基于双通道结构的光纤SPR传感器，其特征在于，粘结层(5)的材质，包括金属铬或金属钛。4.如权利要求3所述的基于双通道结构的光纤SPR传感器，其特征在于，粘结层(5)，为铬膜或者金属钛膜。5.如权利要求1所述的基于双通道结构的光纤SPR传感器，其特征在于，第一传感区域(100)和第二传感区域(200)沿着光纤的轴向所分布的长度范围，为10
‑
15mm；光纤中位于第一传感区域(100)和第二传感区域(200)两者之间的间隔部分的长度范围，为10
‑
15mm；第一传感区域(100)中的第一金膜层(6)的厚度范围，为20
‑
40nm；第二传感区域(200)的内金膜层(8)的厚度范围，为20
‑
40nm；第二传感区域(200)中作为中间层的氧化铟锡膜层(9)的厚度范围，为5
‑
35nm；第二传感区域(200)中的外金膜层(10)的厚度范围，为5
‑
25nm。6.如权利要求5所述的基于双通道结构的光纤SPR传感器，其特征在于，第一传感区域(100)和第二传感区域(200)沿着光纤的轴向所分布的长度为10mm；光纤中位于第一传感区域(100)和第二传感区域(200)两者之间的间隔部分的长度为10mm；第一传感区域(100)中的第一金膜层(6)的厚度为25nm；第二传感区域(200)的内金膜层(8)的厚度范围为30nm；第二传感区域(200)中作为中间层的氧化铟锡膜层9的厚度为30nm；第二传感区域(200)中的外金膜层(10)的厚度为10nm。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗大超，马佳明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：