[實用新型]基于單模光纖的鏈霉親和素濃度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420568366.4
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN204101452U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周雨萌;趙春柳;俞文杰;郎婷婷;張曉彤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)與生物蛋白檢測技術(shù)結(jié)合的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種基于單模光纖的鏈霉親和素濃度傳感器，利用生物素和鏈霉親和素特異性結(jié)合的機(jī)理和光纖端面菲涅爾反射原理，實現(xiàn)鏈霉親和素的濃度檢測。

背景技術(shù)

傳感器是指能夠感受某種被測量信號，并將其轉(zhuǎn)換成電、聲、光等物理量的元件，由敏感單元，轉(zhuǎn)換單元和傳輸單元組成。利用酶、抗原抗體、核酸等生物活性單元作為生物敏感單元的傳感器統(tǒng)稱為生物傳感器。常規(guī)的生物傳感器體積大，需要大量樣品，用有毒的(熒光)指示劑，一次只能做一種測試，花費(fèi)時間長，不能做體內(nèi)檢測。

光纖傳感技術(shù)以光波為載體、光纖為媒介使外界的信號轉(zhuǎn)換為光信號在傳輸過程中受到調(diào)制，使光信號的物理特征參量如光強(qiáng)度(光功率)、波長、頻率、相位和偏振態(tài)等發(fā)生變化，再由接收端的探測器進(jìn)行檢測解調(diào)，將外界信號的變化以光信號變化的形式體現(xiàn)出來。由于光纖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境干擾，容易被探測器接受和檢測，因此被廣泛的應(yīng)用于傳感領(lǐng)域。

光纖生物傳感器以生物活性單元(酶、微生物、動植物組織切片、抗原抗體、核酸)作為生物敏感單元，利用光纖作為信號轉(zhuǎn)換器捕捉目標(biāo)物與敏感基元的反應(yīng)，反應(yīng)程度由電信號或光信號表達(dá)，從而得到被測物濃度。這種傳感器可以檢測生物反應(yīng)時光信號的變化，通過檢測光的強(qiáng)度、振幅、相位等參數(shù)確定被檢物質(zhì)的量。與其它傳感器相比，這種傳感器有不受電磁場干擾，靈敏度高、質(zhì)量輕、體積小，易于復(fù)用(聯(lián)網(wǎng))、可遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)。光纖生物傳感器在生命科學(xué)、生物工程、食品工業(yè)、環(huán)境和農(nóng)業(yè)等方面的應(yīng)用正在不斷發(fā)展，尤其是適用于生物體內(nèi)遙測和在線監(jiān)測。

鏈霉親和素(Streptavidin，SA)是一種從鏈霉菌中提純出的一種蛋白質(zhì)，分子量是52.8k道爾頓。因為它更有利的化學(xué)性質(zhì)，所以它可以用作抗生物素蛋白的替代品。鏈霉親和素是一種四聚物，由四條相同的肽鏈組成，解離常數(shù)在10^-14mol/L數(shù)量級，它與生物素(Biotin，又稱維生素B7或者維生素H)有很強(qiáng)的吸附作用，其每條肽鏈都能結(jié)合一個生物素。生物素和鏈霉親和素的吸附作用是目前所知道的最強(qiáng)的非共價相互作用之一，且兩者的吸附作用是一種特異性的選擇性吸附，即只有親和素只能與鏈霉親和素發(fā)生特異性吸附，與其它的蛋白質(zhì)不發(fā)生特異性吸附，具有選擇性，在癌細(xì)胞、病毒檢測領(lǐng)域有很大的潛能。此外，鏈霉親和素-生物素系統(tǒng)能有效的防止有機(jī)溶劑、變性劑(比如鹽酸胍)、洗滌劑以及蛋白質(zhì)水解酶對其造成破壞，在極端的溫度和PH值下也能保持性質(zhì)穩(wěn)定，使鏈霉親和素廣泛的應(yīng)用于生物分子學(xué)和生物納米技術(shù)，準(zhǔn)確的測量鏈酶親和素的濃度是至關(guān)重要的。

利用普通單模光纖，末端剝?nèi)ネ糠髮樱衅狡涠嗣娌⑦M(jìn)行表面硅烷化修飾，再利用共價結(jié)合的機(jī)理，使表面攜帶生物素，在光纖端面形成特異性吸附膜層，從而可以對鏈霉親和素相互吸附形成穩(wěn)定偶聯(lián)物。不同濃度的鏈霉親和素溶液與生物素結(jié)合的情況不同，光纖端面的折射率變化也不同，其端面菲涅爾反射的光強(qiáng)也不同，可以實現(xiàn)鏈霉親和素溶液濃度的測量。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的就是：為了解決常規(guī)生物傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積巨大、樣品需求量大，利用有毒的熒光指示劑，檢測時間長的缺點(diǎn)，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可以實現(xiàn)生物體內(nèi)遙測和實時在線監(jiān)測的基于單模光纖的鏈霉親和素濃度傳感器。

本實用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

一種基于單模光纖的鏈霉親和素濃度傳感器，其特征在于，所述傳感器由光源裝置、光譜分析儀、傳輸光纖、三端口光環(huán)形器、光纖固定夾具、光纖探針以及待測溶液組成，所述光源裝置的光信號輸出端通過傳輸光纖與所述三端口光環(huán)形器的第一端口相連，所述三端口環(huán)形器的第二端口通過傳輸光纖與所述光纖探針相連，所述光纖探針通過所述光纖固定夾具固定，豎直向下放置并使其末端完全浸入待測溶液內(nèi)，所述三端口環(huán)形器的第三端口通過傳輸光纖與所述光譜分析儀相連。

所述傳輸光纖為單模光纖，所述光纖探針為末端剝?nèi)ネ扛矊硬⒃谇衅降亩嗣嫔闲揎椨芯咛禺愋晕焦δ苣拥膯文９饫w。

所述光源裝置發(fā)出的光從三端口光環(huán)形器的第一端口輸入，從第二端口輸出到單模光纖，單模光纖的末端剝?nèi)ネ扛矊硬⑶衅焦饫w端面，隨后對其端面進(jìn)行表面膜修飾，形成光纖探針并使其能對鏈霉親和素產(chǎn)生吸附，用于生物傳感的光纖探針使用夾具固定，豎直向下放置并保證末端完全浸入到待測溶液內(nèi)，端面菲涅爾反射光信號再次經(jīng)由光環(huán)形器從第三端口進(jìn)入到光譜分析儀中，最后通過處理將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛刃盘枴?!-- SIPO -->