[發明專利]一種用于分辨癌變細胞的全光纖pH值監測裝置

有效

• 申請號: 202010318629.6
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111307780B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 李晉;王浩儒;李智;蘇政澄;朱越
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明公開了一種用于分辨癌變細胞的全光纖pH值監測裝置，該裝置包括基底、正常樣品輸入端、正常樣品輸出端、待測樣品輸入端、待測樣品輸出端、待測樣品微通道、正常樣品微通道、全光纖PH探頭、CCD觀測器、微流泵、光學處理器。其中，全光纖PH探頭由微納光纖環，PH功能聚合物分散量子點和傳導光纖構成。該裝置集成了微納米光纖環、新型納米功能材料，提高了癌癥細胞早期篩查中對微弱特征信號的探測能力，同時提供了一種可視化的癌變細胞可視化監測方法。

技術領域

本發明屬于光纖技術領域，涉及一種基于彎曲微納光纖、熒光納米材料和光電集成流控裝置，以實現對癌變細胞的前期檢測和篩查的方法，具體涉及一種用于分辨癌變細胞的全光纖pH值監測裝置。

背景技術

光纖傳感器具有高分辨率、耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾等優點，因此，將光纖應變傳感器運用于檢測技術已成為近幾十年來各國學者研究的熱點。

先后出現過許多不同類型的光纖傳感器，對于光纖pH傳感器的研究在近年來得到了廣泛關注。通過監測體液或血液中的PH值，可以間接實現對潛在疾病，尤其是糖尿病、心腦血管疾病和癌癥的前期診斷。最早出現、最典型的光纖pH傳感器是比色分析技術與光纖技術的直接結合。近年來，在探頭的設計制作、載體的選擇及其固定方法、以其結構設計等方面不斷有新的進展。由于光纖pH傳感器可以實現微型化，從而可用于人體內pH值的測量和對活體組織細胞、毛細血管、癌細胞等的分析，這是其他pH傳感器所不具備的優勢。光纖pH傳感器是將pH指示劑滲入多孔聚合物中，從而制成傳感器的敏感部件。當被測溶液與敏感部件接觸后將改變敏感部件的光譜特性，通過嚴格標定，便可提出傳感器光學特性與相應溶液pH值的對應關系，通過測量光學性能的變化便可以得到對應溶液的pH值。

傳統的光纖pH傳感器存在著一些問題，如：pH測量范圍受指示劑敏感范圍限制，傳感器所用固定試劑的長期穩定性，傳感膜的使用壽命和傳感器的測量精度等很大程度上限制了光纖pH傳感器的實際應用與推廣。并且，在將光纖pH傳感器應用于醫學領域和臨床試驗時，傳感器與人體的兼容性也是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明提出一種用于分辨癌變細胞的全光纖pH值監測裝置，解決了目前癌癥前期診斷和篩查階段存在的檢測技術復雜、所需設備昂貴、檢測周期長的問題，有望實現對癌變細胞的在線檢測。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于分辨癌變細胞的全光纖pH值監測裝置，包括基底和至少兩級監測單元；其中，一組監測單元是正常樣品監測單元，由正常樣品輸入端、正常樣品輸出端、正常樣品的微通道、正常樣品的全光纖PH探頭、正常樣品的CCD觀測器、正常樣品的微流泵、正常樣品的光學處理器；另一組監測單元是待測樣品監測單元，由待測樣品輸入端、待測樣品輸出端、待測樣品微通道、待測樣品的全光纖PH探頭、待測樣品的CCD觀測器、待測樣品的微流泵、待測樣品的光學處理器；

其中，每一組監測單元中，全光纖PH探頭都由環狀的微納光纖環、PH功能聚合物分散量子點和傳導光纖構成，PH功能聚合物分散量子點分布在微納光纖環上，傳導光纖與微納光纖環結合；所述的微納光纖環的材料為二氧化硅；為了有效激發光學倏逝場，組成微納光纖環的微納光纖直徑小于1μm，光纖環直徑為2mm；進入微納光纖環的光信號一部分在光纖內傳輸，另一部分在光纖外部以倏逝場形式傳輸，二個光信號在微納光纖環和傳導光纖的結合處會產生干涉光譜，同時環形結構的諧振效應能提高監測系統的信噪比。

正常樣品和疑似含有癌細胞的待測樣品分別通過微流泵，分別經由正常樣品輸入端和待測樣品輸入端注入正常樣品微通道和待測樣品微通道，樣品流經全光纖PH探針時，通過CCD觀測器觀察到各自熒光強度的變化情況，通過強度對比，并結合光學處理器得到干涉光譜的強度ΔP和相位Δλ變化信息，以此確定PH值的大小，推斷癌癥細胞的病變情況。