[發明專利]基于空芯微結構光纖和特異性核酸適體的生化傳感器及其檢測方法

在審

• 申請號: 202011586542.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN113030035A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王秀紅;郭校言
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發明涉及基于空芯微結構光纖和特異性核酸適體的生化傳感器及其檢測方法，用于解決光纖生化傳感器在實際檢測中檢測成本高、檢測時間長、靈敏度低、特異性低的問題，屬于生物醫學光子學中的光纖傳感領域。該傳感器利用核酸適體作為生物探針，將探針修飾在空芯微結構光纖內壁，以空芯光纖作為信號轉換系統，構建了新型空芯光纖生化傳感器。本發明基于不同的核酸適體結構設計了兩款不同的生物探針，第一款生物探針基于分子信標探針原理，第二款生物探針基于陰陽探針原理，并在兩種探針的基礎上設計了相應的檢測方法，兩種方法均利用熒光恢復值與待測物質濃度之間良好的線性關系，通過檢測熒光強度的變化實現對待測物質的定量檢測。

技術領域

本發明涉及到應用由核酸適體與新型空芯微結構光纖結合構成的傳感器及其檢測方法，用于對物質進行高靈敏度的特異性檢測，屬于生物醫學光子學中的光纖傳感領域。

背景技術

光纖生化傳感器是采用光纖或光纖束作為傳感檢測平臺的一種傳感器，它以抗電磁干擾能力強、非侵入性、高靈敏度連續檢測等優勢在生物與化學傳感領域備受矚目。傳統的實芯光纖傳感器待測物質的折射率應低于纖芯折射率,從而滿足入射光的全反射條件。若想檢測折射率更高的物質,就需要選擇更高折射率的材料作為纖芯,這樣不但限制了檢測范圍，還會使制作難度和成本增大。為了解決這一問題,空芯光纖(HF)被用于傳感檢測技術的研究。空芯光纖的導光原理是通過特殊微結構形成的光子禁帶或反諧振效應來抑制纖芯中光的橫向泄漏，實現低折射率纖芯中的軸向光傳輸。相比于全內反射(total internalreflection,TIR)型光纖，空芯光纖中絕大部分光能量(95％以上)在空氣芯中傳輸，因此光傳輸受光纖材料吸收影響少，非線性效應和延遲較小，損傷閾值高，熱穩定性好，擴大了待測物質的檢測范圍。更重要的是，在此過程中，空芯光纖不僅可以作為光通道，也能作為流體通道，可以容納在纖芯附近甚至芯內以氣態或液態形式存在的待測物質。與傳統的實芯光纖傳感器相比，空芯光纖傳感器無需準備樣品檢測池，nL-μL量級的待測物質即可滿足檢測條件。待測物質與光在空芯光纖傳感器中獲得了更大的相互作用體積，這大大提高了傳感器的響應速度和靈敏度。

雖然空芯光纖傳感器相比于實芯光纖傳感器存在光與物質相互作用強、所需待測物質體積少等的優勢，但若想在實際中應用，仍然需要進一步降低檢測成本，提高傳感器的檢測靈敏度、特異性。

發明內容

本發明用于解決光纖生化傳感器在實際檢測中檢測成本高、檢測時間長、靈敏度低、特異性低的問題，提出了一種基于空芯微結構光纖和特異性核酸適體的生化傳感器及其檢測方法，該傳感器利用核酸適體作為生物探針，將探針修飾在空芯微結構光纖內壁，以空芯光纖作為信號轉換系統，構建了新型空芯光纖生化傳感器。基于不同的核酸適體結構設計了兩款不同的生物探針，具體說明如下。

1.第一款生物探針基于分子信標探針(MB)原理，分別在核酸適體的兩端修飾熒光分子和淬滅分子。根據熒光共振能量轉移原理，熒光分子發出的熒光被近距離處的淬滅分子淬滅，使檢測體系在初始狀態下的背景熒光值較低。當檢測體系中加入可以與核酸適體特異性結合的待測物質后，熒光分子與淬滅分子的間距增大，核酸適體的二級結構被打開，熒光強度恢復，且熒光恢復值與待測物質濃度呈良好的線性關系。基于此原理，僅需不同熒光標記的生物識別分子即可實現對其他生物化學物質的高靈敏度快速直接檢測。

2.第二款生物探針基于陰陽探針原理，利用核酸鏈之間的競爭性雜交實現對待測物質的分析檢測。這種探針由標記淬滅分子的適體鏈(識別分子)及標記熒光分子的互補鏈(報告分子)組成，其中與待測物質結合的適體鏈比互補鏈長幾個堿基。在沒有待測物質存在的情況下，熒光基團與淬滅基團距離很近，符合發生熒光共振能量轉移的條件，因此熒光基團的熒光被淬滅，探針不發光。當加入待測物質后，適體與待測物質形成更穩定的雜交體，熒光基團與淬滅基團發生分離，熒光共振能量轉移作用消失，熒光得以恢復。不同濃度的待測物質會對熒光恢復值產生影響，通過檢測熒光強度的變化，實現對待測物質濃度的定量檢測。