光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法制造方法及图纸

一种光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法，光纤生物传感器包括光纤、耦合件和导光波导，光纤包括纤芯和包裹在纤芯外的包层；耦合件连接在光纤的一端；导光波导与耦合件连接，导光波导形成第一传感区和第二传感区，光信号在第一传感区产生第一效应，光信号在第二传感区产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子的数据。通过在导光波导上形成第一传感区和第二传感区，能产生两种效应，通过采集两种效应的出射光信号，通过信号处理，便可得到包含背景液信息的目标生物分子的两种检测信号，再通过联立方程及解方程便可得到目标生物分子的数据，从而排除背景液的干扰。扰。扰。

【技术实现步骤摘要】
光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法


[0001]本申请涉及生物检测
，具体涉及一种光纤生物传感器、生物检测装置及其检测方法。

技术介绍

[0002]生物传感器是将生物物质(比如酶、细胞、蛋白质、抗体、抗原、DNA等)作为识别物，把生物化学反应转换成为能够定量的物理或化学信号，从而实现对生命、化学物质检测及其监控的装置。生物传感器不仅涉及到了现代生物技术、微电子学，还涉及到了光学、化学等多个研究领域，并且在医学和食品检验等多个领域中都有极为广泛的应用，尤其是在医学研究及临床诊断中具有极大的优势，因此近年来成为了科学家们研究的热点。
[0003]光纤生物传感器结构主要有光源、光纤、生物敏感元件及信号检测系统等,其中的生物敏感元件是传感器的关键部件,常用的生物敏感元件主要有抗原抗体、酶及核酸等。被测物与特定的生物敏感元件选择性相作用(即抗原抗体或受体配体特异性结合；核酸分子碱基互补配对；酶对底物作用专一性等),产生的生物化学信息调制光纤中传输光的物理特性如光强、光振幅、相位等。因此这种传感器有较强的选择性和很高的灵敏度,而且在分析过程中可省去对测试物分离提纯等繁琐工作,但上述形成的复合物或产生物产生的光谱行为相似,单靠光纤本身无法区分,常需使用指示剂或标记物,如:酶、荧光物质、酸碱指示剂和斓系鳌合物等:同其它生物传感器相比,光纤生物传感器结合了光纤传感的特点,具体体现在:(l)由于光纤本身良好的绝缘屏蔽作用,其抗干扰能力强,不受周围电磁场的扰动。(2)不需要参考电极,探头可小型化,操作方便。(3)可实现遥测,并能进行实时、在线和动态检测。(4)响应速度快,灵敏度高。
[0004]目前主流的光纤生物传感器主要有三种，即(1)修逝波光纤生物传感器、(2)光纤干涉型生物传感器、(3)光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)生物传感器。
[0005]倏逝波光纤生物传感器检测机理:脉冲激光器产生的激发光进入单、多模光纤耦合器后再进入光纤探头，在探头表面产生倏逝波，以激发修饰在探头表面上的包被抗原结合的标记抗体上的荧光分子，产生荧光。部分荧光耦合回探头，通过连接器进入单、多模光纤耦合器，滤光片滤除反射的激发光，而使大部分荧光透过，激发光经过光电二极管将光信号转换成电信号，该电信号经锁相放大器放大，并由计算机对数据进行采集和处理。
[0006]光纤干涉型生物传感器检测机理：外部信号作用到干涉型光纤传感器的传感探测部位(通常是单模光纤)会引起干涉信号的相位变化，通过检测光信号相位变化引起的输出效果(例如：光强度)变化，就能够获得被探测对象的相关信息。常见的光纤干涉型生物传感器主要有Michelson干涉型光纤传感器、Mach
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Zehnder干涉型光纤传感器、Sagnac干涉型光纤传感器、Fabry
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Perot干涉型光纤传感器。
[0007]光纤SPR生物传感器检测机理：通过光束在纤芯与包层界面处发生全反射，由于界面折射率的变化导致相速度与群速度的差异，泄露的倏逝波拢动起沉积在光纤表面的金属
内部自由电子振荡，这种自由电子的集体运动按特定频率以表面等离子体波的形式出现，周围环境介质改变将会影响光纤的有效折射率及传播损耗，通过观测光纤表面等离子体共振频率的变化可以得到传感信号。
[0008]倏逝波光纤生物传感检测选择性高，但是生物修饰及生物检测步骤繁琐；光纤干涉型生物传感器原理简单，制作简单，但是灵敏度不足，经过微纳加工的光纤脆弱，不利于检测使用；光纤表面等离子体共振生物传感器灵敏度高，但制作较为复杂。而且这三类光纤生物传感器均无法排除待测生物样品的液体检测背景干扰，例如，在血清中检测目标癌症因子，血清本底会给传感器带来本底干扰信号，应设法排除血清的本底干扰信号，只留下检测目标的检测信号。

技术实现思路

[0009]本申请的目的是提供一种光纤生物传感器和基于光纤生物传感器的检测方法，解决目前的光纤生物传感器无法排除待测生物样品的液体检测背景干扰的问题。
[0010]为实现本申请的目的，本申请提供了如下的技术方案：
[0011]第一方面，本申请提供一种光纤生物传感器，包括：光纤，包括纤芯和包裹在所述纤芯外的包层；耦合件，连接在所述光纤的一端；导光波导，与所述耦合件连接，所述导光波导形成第一传感区和第二传感区，光信号在所述第一传感区产生第一效应，光信号在所述第二传感区产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子的数据。
[0012]一种实施方式中，所述第一效应为表面等离子共振效应、对特征波长的光吸收效应和拉曼传感效应的任意一种；所述第二效应为多模模间干涉效应、马赫
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泽德干涉效应、迈克尔逊干涉效应、法布里
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珀罗干涉效应和塞格纳克干涉效应的任意一种。
[0013]一种实施方式中，所述导光波导呈直线延伸的柱状，其横截面为圆形或多边形，沿所述导光波导的长度方向分隔形成所述第一传感区和所述第二传感区。
[0014]一种实施方式中，所述第一传感区沉积有半导体层或含丰富自由电子的金属层。
[0015]一种实施方式中，所述第一传感区和所述第二传感区均形成有生物功能膜，所述生物功能膜用于与指定的目标生物分子反应。
[0016]一种实施方式中，还包括反射件，所述反射件设置在所述导光波导远离所述耦合件的一端。
[0017]第二方面，本申请还提供一种生物检测装置，包括光源、光探测器和第一方面各种实施方式中任一项所述的光纤生物传感器，所述光源用于向所述光纤入射光信号，所述光探测器用于接收所述光纤的出射光信号。
[0018]一种实施方式中，还包括低通滤波器和带通滤波器，所述低通滤波器用于将所述光纤生物传感器的出射光信号中的单一吸收峰的低频信号提取出来，得到第一数据，所述带通滤波器用于将所述光纤生物传感器的出射光信号中的固定频率的周期变化信号提取出来，得到第二数据。
[0019]第三方面，本申请还提供一种生物检测方法，所述生物检测方法基于第一方面各种实施方式中任一项所述的光纤生物传感器，所述生物检测方法包括：将导光波导浸入待测液体中；向光纤入射光信号，所述光信号经耦合件耦合入所述导光波导中传播；所述光信
号在所述导光波导的第一传感区产生表面等离子共振效应，在所述导光波导的第二传感区产生多模模间干涉效应；接收从所述导光波导的出射光信号，并从所述光信号中获取所述表面等离子共振效应的传感信号的总变化量α
SPR
，从所述光信号中获取所述多模模间干涉效应的传感信号的总变化量α
MMI
；根据α
SPR
和α
MMI
得到目标生物分子的数据。
[0020]一种实施方式中，所述待测液体包含目标生物分子和背景液，所述表面等离子共振效应对所述目标生物分子的信号的响应灵敏度为S1，所述表面等离子共振效应对所述背景液的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤生物传感器，其特征在于，包括：光纤，包括纤芯和包裹在所述纤芯外的包层；耦合件，连接在所述光纤的一端；导光波导，与所述耦合件连接，所述导光波导形成第一传感区和第二传感区，光信号在所述第一传感区产生第一效应，光信号在所述第二传感区产生第二效应，第一效应和第二效应不同，产生第一效应和第二效应后的出射光信号用于获取目标生物分子的数据。2.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述第一效应为表面等离子共振效应、对特征波长的光吸收效应和拉曼传感效应的任意一种；所述第二效应为多模模间干涉效应、马赫
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泽德干涉效应、迈克尔逊干涉效应、法布里
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珀罗干涉效应和塞格纳克干涉效应的任意一种。3.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述导光波导呈直线延伸的柱状，其横截面为圆形或多边形，沿所述导光波导的长度方向分隔形成所述第一传感区和所述第二传感区。4.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述第一传感区沉积有半导体层或含丰富自由电子的金属层。5.根据权利要求1所述的光纤生物传感器，其特征在于，所述第一传感区和所述第二传感区均形成有生物功能膜，所述生物功能膜用于与指定的目标生物分子反应。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的光纤生物传感器，其特征在于，还包括反射件，所述反射件设置在所述导光波导远离所述耦合件的一端。7.一种生物检测装置，其特征在于，包括光源、光探测器和如权利要求1至6任一项所述的光纤生物传感器，所述光源用于向所述光纤入射光信号，所述光探测器用于接收所述光纤的出射光信号。8.根据权利要求7所述的生物检测装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈郁芝，李学金，洪学明，易多，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：