[發明專利]一種基于光纖表面等離子體共振的血糖濃度檢測系統

有效

• 申請號: 201910976623.5
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110596053B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 李衛;蔡云;王丹;段康
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發明公開了一種基于光纖表面等離子體共振的血糖濃度檢測系統，涉及材料增敏基于表面等離子體共振(SPR)的光纖折射率生物傳感器用于檢測血糖濃度。在傳統的光纖SPR傳感器的金屬層外涂覆氧化鋅和二硫化鎢材料，用于提高傳感器結構的靈敏度與生物檢測的兼容性。光纖生物傳感器的靈敏度得以提高，就能被廣泛應用于醫藥學和早期疾病診斷。

技術領域

本發明涉及生物傳感器技術領域，具體涉及材料增敏基于表面等離子體共振的光纖折射率生物傳感器用于檢測血糖濃度，尤其涉及氧化鋅和二硫化鎢增敏的高靈敏度SPR生物傳感器。

背景技術

糖尿病是一種威脅人們健康的常見代謝疾病，血糖檢測是臨床上糖尿病診斷和治療的重要環節，但是有些血糖檢測的方法不能實現實時檢測和快速檢測，因此，開發一種有效、靈敏、可靠的血糖濃度檢測方法具有重要意義。近年來，已經提出光學傳感的方法來檢測溶液中葡萄糖的濃度，現在研究的熱點主要是基于表面等離子體共振的生物傳感器。表面等離子體共振(SPR)是一種物理光學現象，由入射光波和金屬導體表面的自由電子相互作用產生。當一束P偏振光在一定的角度范圍內入射到光纖內折射面，在與金屬薄膜的界面處將產生表面等離子波。當入射光波的傳播常數與表面等離子波的傳播常數相匹配時，引起金屬膜內自由電子產生共振。通常分析時，先在光纖傳感器表面固定一層生物分子識別膜，然后將待測樣品流過光纖表面，待測物與生物識別膜相互作用會引起金屬表面折射率的變化，最終導致共振波長產生偏移量。在SPR檢測技術中，就是通過測量SPR的光學信號，從而推測金屬薄膜表面附著的被測物質(如溶液、生物分子等)的折射率、濃度等信息。SPR檢測技術具有原理簡單、待測物無需純化、能實時、高精度地檢測動態反應過程等優點。基于光學方法的連續血糖監測由于不消耗待測物葡萄糖，并且不受生物電的電信號影響，對折射率及其敏感并且可以實現實時測量，小型化的光纖SPR傳感器被廣泛運用與生化檢測中。由于葡萄糖氧化酶(GOx)對葡萄糖分子具有特異性吸附特性，所以選擇GOx作為生物識別膜來檢測血糖濃度，為了提高傳感器對GOx的固化程度，可以通過靜電吸附來將GOx直接固定在傳感器上，但這種結構的不足是需要借助外力來固定GOx，其本身對GOx的的吸附性能不高。

利用二維納米材料對光纖SPR傳感器進行修飾以提升傳感器性能成為近年來的研究熱點。二硫化鎢WS₂作為新興的二維納米材料，被認為是類石墨烯材料，具有較好的光響應性和高電子態密度，穩定的載流子遷移率，較大的比表面積，在光電傳感領域具有很大的應用前景。如果SPR傳感器的靈敏度可以得到提高，SPR技術就能被廣泛應用于醫藥學和早期疾病診斷。

發明內容

本發明的目的在于解決現有光纖SPR生物傳感器的靈敏度較低問題，提出一種高靈敏度的光纖SPR生物傳感器，可用于檢測血糖濃度。

為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

所述的一種基于光纖表面等離子體共振的血糖濃度檢測系統，由寬帶光源、輸入光纖、液體池、表面等離子體共振光纖生物傳感器、輸出光纖、光譜儀以及計算機組成。液體池中是待測傳感介質，光纖SPR探頭浸置于液體池中。其原理為寬帶光源發出近紅外光，依次經過輸入光纖、光纖SPR探頭、輸出光纖至光譜儀，在光譜儀上接收到具有表面等離子共振峰的光譜圖。當將該表面等離子共振光纖生物傳感器浸泡入被測血糖溶液中，分析光譜儀得到的光譜，結合波長偏移量與折射率的關系曲線，即可計算得到準確的血液中葡萄糖的濃度。本發明結構簡單，易于操作。