本发明专利技术公开了一种夹层拉曼微球与拉曼增强光纤光镊结合的生物分子检测系统，包括以下几个部分：夹层结构的拉曼光子晶体微球、拉曼光谱检测系统、表面覆银锥型光纤、三自由度微位移平台、光纤激光器、载物台等；表面覆银锥型光纤具备拉曼散射增强效应，将其锥头探入待测溶液中，光纤尖端形成高梯度汇聚光场，在光场焦点位置可实现夹层结构的拉曼光子晶体微球稳定捕获，被捕获的夹层结构拉曼光子晶体微球与表面覆银锥型光纤端部贴合，实现稳定可重复的拉曼信号增强区域，本发明专利技术具备尖端区域拉曼增强能力，在增强区域范围具备目标物分子痕量的检测功能。的检测功能。的检测功能。
【技术实现步骤摘要】
一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊生物分子检测系统
[0001]本专利技术属于生化分析仪器领域，主要涉及一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊生物分子检测系统。
技术介绍
[0002]拉曼检测技术起始于 1928 年印度物理学家拉曼 (Raman)，其在实验过程中首次观测到拉曼了散射现象，并因此于 1930 年荣获诺贝尔物理学奖；虽然在被发现的几十年间，拉曼光谱在分子结构领域的研究中起到了极其关键的作用，可是拉曼光谱检测技术自身存在信号弱，探测信号收集难度大等问题，在之后的多年中对其的研究近乎停滞；一直到上世纪 60 年代，激光技术的出现显著增强了待测物质的拉曼散射信号，让拉曼探测技术的研究再次焕发出新的生命力；除此之外 1974 年，Fleischmann 等人，在实验过程中第一次在吡啶吸附的粗糙银电极表面发现了极强的拉曼散射增强信号，即 SERS（Surface
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Enhanced Raman Scattering）现象；由于 SERS 克服了传统拉曼检测方法自身存在的，信号相对微弱的不足将待测物质的拉曼散射信号强度，增大到原本的十几个数量级；因此，让科研工作者能够获得常规拉曼探测手段难以获得的分子结构振动信息，使得原本难以探测的微弱信号，有了被探测发现到的可能；这样优越的性质，使得 SERS 在微弱生物信号的检测与传感领域，拥有极好的应用前景；与此同时，SERS 效应的发现也掀起了新一轮的拉曼研究热潮；经过科研人员的不断探索，发现在拉曼光谱增强效应中，基底材料和结构的性质对增强效应起到决定性作用。目前，拉曼光谱增强基底主要由贵金属包括金，银的粗糙表面，纳米贵金属颗粒或沉积在光子晶体微球表面的纳米贵金属颗粒聚集体等构成；其中，光子晶体微球自身分散性良好，稳定性较高，生物相容性高且操作简单，已成为 SERS 增强基底的研究热点。
[0003]国内外科研人员以拉曼光子晶体微球作为生物探测器，开展了一系列相关研究，极大程度的拓展了拉曼光子晶体微球应用的相关领域；Liu 等将拉曼染料嵌入双金属纳米颗粒的金核和银壳界面，形成 SERS 纳米标签实现了对蛋白质分子的痕量检测；Li 等用拉曼光子晶体微球结合密度“热点”活性基底法，酪胺信号放大法，纳米模拟酶 SERS 免疫分析法这三种方式，增强检测得到的肿瘤标记物分子结构拉曼信号，进一步提高了拉曼增强信号的灵敏度，并实现了多肿瘤标记物分子的拉曼信号测定；然而，利用光子晶体微球作为拉曼增强基底，存在增强效果随机、光谱复现性不强等问题；出现这些现象是因为，光子晶体微球以分散体系形式分离在被测物形成的液体环境中，有一些光子晶体微球体系相互作用很弱，甚至只有在碰撞接触的时候才有增强的信号，所以“热点”生成位置相对随机，且“热点”质量不受控制；目前，对于这些低覆盖面积、运动的、弱相互作用体系的研究，也是很多科研人员不敢碰触的难点；待测物溶液中随机生成的“热点”位置很难有效的被拉曼探测激光二次捕获，这也导致拉曼光谱复现性不强；“热点”质量不受控制，则是致使拉曼增强系数难以保证的主要原因；因此，为进一步完善拉曼光子晶体微球研究体系在生物分子测试中的应用，需要寻找一个强有力的手段，实现拉曼光子晶体微球“热点”的定位可控生成。
[0004]本工作中提出了一种基于光纤光镊捕获拉曼光子晶体微球的方法，意在解决拉曼探测光斑与拉曼“热点”间定位问题，利用光纤光镊定向捕获、聚集拉曼光子晶体微球，在锥型光纤尖端生成一个人造可控的拉曼“热点”，于
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热点”生成区域进行定位拉曼探测，生成结果具有重复性的高质量拉曼增强光谱，进一步优化拉曼光子晶体微球研究体系在生物分子测试中的应用。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在解决现有技术即拉曼光子微球检测系统中光谱增强系数不稳定，生成增强光谱可重复性不高的问题；为此，本专利技术提出一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊生物分子检测系统，操纵灵活，结构简单；通过，多方式联合增强的方式解决生化分析中存在的目标分子拉曼光谱增强效果不高的问题；通过，锥型光纤锥区定位捕获的方式解决拉曼增强“热点”生成位置随机，光谱复现效果不佳的问题；根据本专利技术实施例的一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊生物分子检测系统，至少具有如下有益效果：本专利技术实施方式利用具备拉曼增强能力的锥型光纤光镊，在锥区尖端稳定捕获夹层拉曼微球，可以在特定区域生成可控的人造拉曼“热点”该方法搭建的系统结构简单，操纵灵活，可实现生化分析中痕量生物分子增强光谱的可重复探测。
[0006]根据本专利技术第的一些实施例的一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊生物分子检测系统，包括：光纤激光器，单模光纤跳线，覆银锥型光纤，夹层拉曼微球，拉曼探测系统，三维微动台，载物台。
[0007]根据本专利技术的一些实施例，光纤激光器为 980 nm 激光光源；根据本专利技术的一些实施例，单模光纤跳线为 980 nm 单模光纤；根据本专利技术的一些实施例一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊生物分子检测系统，该装置具体实现过程如下所述：首先，将纳米贵金属颗粒及待测物分子和拉曼增强微球结合形成夹层结构拉曼微球并配置成一定浓度的待测物溶液，其中，纳米贵金属颗粒为粒径范围在 20 nm
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80 nm 之间的金，银等具备拉曼增强效果的贵金属微粒；而拉曼增强微球则是由透明介质微球为基底，与外覆的纳米贵金属微粒共同组成；随后，将夹层结构拉曼微球配置成的待测溶液滴在载物台的玻片上，等待进行拉曼增强信号的测试；本专利技术中所提及的锥型光纤光镊，是一个输出端带有一定锥度的单模光纤，锥型光纤可以通过光纤拉锥机及氢氟酸腐蚀等多种方式制作；当完成锥型光纤制作后，对光纤锥头处做表面覆纳米银颗粒处理，通过上述步骤就可以得到锥端具备增强能力的拉曼增强光纤光镊；将光纤光镊放置于的三维微动平台上，而后把光纤光镊与三维微动平台机械固定；将光纤光镊锥端伸入到待测溶液中，通过拉曼探测系统中的显微成像单元实现光纤光镊锥端的实时成像；移动调整三维微动平台来操作光纤光镊锥端，以此捕获待测溶液中的夹层结构拉曼微球；光纤激光输入端通过单模光纤跳线及法兰与980 nm光纤激光器相连接，980 nm光纤激光器为光纤光镊提供高质量捕获用激光光源；拉曼探测系统内部集成有探测用激发光源，探测激光通过显微镜头照射到载物台的待测液体中，探测激光光斑位置落在光纤光镊锥端微粒捕获区域，待测物液体与激光反应发生拉曼散射；而后，由夹层拉曼微球及拉曼增强光镊共同作用，在光纤光镊前端形成极强的拉曼增强区域；经过增强后的拉曼信号通过显微物镜收集进入拉曼信号探测系统内，
最终结果显示在个人电脑端，完成了待测物拉曼增强信号的最终测定。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的特点是：一直以来，拉曼光子晶体微球研究体系生成的拉曼增强光谱均存在稳定性差，增强效果随机等问题；这主要是因为在待测物溶液中拉曼“热点”的生成位置相对随机，而本专利技术利用具备拉曼增强能力的光纤光镊捕获夹层结构的拉曼微球，定位生成拉曼增强热点区域；拉曼探测系统中出射的探测激光，只需对准光纤锥端就可实现激发并获本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊的生物分子检测系统，其特征在于，包括以下几部分：光纤激光器（1）；单模光纤跳线（2）；表面覆银锥型光纤（5），所述表面覆银锥型光纤（5）经由单模光纤跳线（2）与光纤激光器（1）连接由光纤激光器（1）为光纤光镊系统提供捕获光源；夹层拉曼微球（6），所述夹层拉曼微球（6）配置为待测物溶液置于载物台（7）上，所述表面覆银锥型光纤（5）伸入由夹层拉曼微球（6）配制而成的溶液中；三维微动平台（3），所述三维微动平台（3）与表面覆银锥型光纤（5）机械固定，表面覆银锥型光纤（5）随三维微动平台（3）发生微位移，以此来捕获待测物溶液中的夹层拉曼微球（6）；拉曼探测系统（4），所述拉曼探测系统（4）具备显微成像功能及拉曼散射信号的激发与收集能力，可实时显示光纤光镊锥区位置，并实现捕获过程及探测过程的信号激发与采集。2. 根据权利要求 1 中所述一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊的生物分子检测系统，其特征在于：所述光纤激光器（1）为 980 nm 半导体激光光源。3. 根据权利要求 1 中所述一种夹层拉曼微球结合拉曼增强光纤光镊的生物分子检测系统，其特征在于：所述表面覆银锥型光纤（5）为一根激光出射端带有一定锥度的光纤；此外，锥型光纤尖端进行了表面覆纳米银微粒处理。4. 根据权利要求 3 中所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，张浩泽，宋庆浩，李君忠，石岩，陈肇宇，李立毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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