專利名稱：倏逝波光纖生物傳感器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可廣泛適用于分子生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、食品檢驗(yàn)、生物戰(zhàn)劑 和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的生物檢測裝置，特別是一種能夠?qū)崿F(xiàn)對生物靶標(biāo)，如細(xì)
菌、生物戰(zhàn)劑分子、病毒、脫氧核糖核酸(DNA)、多肽、抗原抗體等生物分 子進(jìn)行量化精確檢測的倏逝波光纖生物傳感器。
背景技術(shù)：
目前，廣泛使用的基于光纖倏逝波生物傳感器的生物檢測系統(tǒng)，是采用 光波在光纖內(nèi)以全反射方式傳輸過程中產(chǎn)生的倏逝波激發(fā)以生物親和反應(yīng)而 結(jié)合于光纖探針表面標(biāo)記有熒光染料的生物分子。把表面固定了一種捕獲生 物分子的光纖生物探針置于被檢測樣品中，該樣品中如果存在與固定在光纖 探針表面的生物分子同種生物物質(zhì)，則兩者將發(fā)生親和反應(yīng)形成復(fù)合分子， 樣品中的被測生物分子則結(jié)合到光纖探針的表面。然后再把該光纖探針置于 具有熒光染料標(biāo)記的識別生物分子溶液中，同樣兩者也會發(fā)生特異反應(yīng)，該 溶液中的識別生物分子與光纖生物探針上的復(fù)合分子結(jié)合，則將熒光染料固 定于光纖探針的表面。通過倏逝波激發(fā)光纖探針表面倏逝波場范圍內(nèi)的熒光 染料，從而檢測被檢測分子的生物物質(zhì)的屬性及其含量。但是對于以熒光為
檢測信號的光纖傳感器系統(tǒng)存在著一個普遍的問題光纖與光纖之間存在著 差異，如光纖入射角度的微小差別、光纖表面的缺陷、光源的微小波動或 者被固定的抗體量的多少等原因都將引起每次測量信息的失真和較大的誤 差。這主要是由于熒光強(qiáng)度是一個相對值，因此要實(shí)現(xiàn)定量、精確檢測，必
然需要弓l入一個參考值，文獻(xiàn)《Calibration of biosensor response using
simultaneous evanescent wave excitation of cyanine隱labeled capture antibodies and antigens》(Analytical Biochemistry, 232(1995),74-78)中介紹了通過以下的 方式來實(shí)現(xiàn)定量檢測在構(gòu)建傳感器時(shí)，對識別分子進(jìn)行標(biāo)記的同時(shí)需要對 捕獲分子也進(jìn)行熒光標(biāo)記。因此需要兩套檢測系統(tǒng)，導(dǎo)致價(jià)格昂貴、操作費(fèi) 時(shí)煩瑣，使得此系統(tǒng)在當(dāng)前的倏逝波光纖生物傳感器中未見應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對生物分子直接利 用現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)來完成量化檢測，提出一種改進(jìn)的倏逝波光纖生物傳感器。 其操作簡單，靈敏度高，信號穩(wěn)定、檢測費(fèi)用低廉。
本發(fā)明倏逝波光纖生物傳感器，包括光學(xué)檢測系統(tǒng)、由一根光纖和在該 光纖表面植被的捕獲生物分子構(gòu)成的光纖生物探針，其特點(diǎn)是，所述的光纖 本體內(nèi)含有慘雜的La系元素或過渡族元素的內(nèi)定標(biāo)離子，所述的內(nèi)定標(biāo)離子 的濃度為500—4000 ppm。該摻雜元素在光纖中以離子形式存在，在可見和 紅外波段的輻射和吸收覆蓋紫外，可見以及紅外波段。
本發(fā)明倏逝波光纖生物傳感器在快速檢測生物分子中的應(yīng)用，是將所述 的含有內(nèi)定標(biāo)離子的光纖生物探針放入待測溶液中，如果該溶液中存在與光 纖生物探針上捕獲生物分子同種的生物分子，由于生物分子的特異性結(jié)合而 被捕獲形成復(fù)合分子；然后再將光纖生物探針放入所述的識別生物分子溶液 中，該溶液中的識別生物分子與光纖生物探針上的相應(yīng)的復(fù)合分子結(jié)合，則 將其標(biāo)記的熒光物質(zhì)固定在光纖生物探針上，通過在光纖中傳播的激光激發(fā) 摻雜的內(nèi)定標(biāo)離子產(chǎn)生熒光，利用傳播的激光產(chǎn)生的倏逝波場激發(fā)熒光物質(zhì)， 根據(jù)標(biāo)記的熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度與摻雜離子熒光強(qiáng)度的比值，表征觀測溶液 中生物分子的屬性和含量。
由于生物分子的特異結(jié)合性，被測溶液中的生物分子與生物探針上的捕 獲生物分子相結(jié)合，而形成復(fù)合分子，然后將光纖生物探針放入識別生物分
子溶液中，識別溶液中的生物分子與光纖生物探針上的復(fù)合分子結(jié)合，即將 標(biāo)記于識別生物分子上的熒光物質(zhì)固定在光纖探針上。實(shí)現(xiàn)同時(shí)根據(jù)熒光物 質(zhì)的熒光來觀測溶液中生物分子的存在和根據(jù)熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度的變化演 示分子的反應(yīng)過程。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 實(shí)現(xiàn)了光纖生物傳感器的內(nèi)定標(biāo)參考的量化檢測。由于在光纖制備原 材料中摻雜了特定濃度的特征發(fā)光離子，以其特征發(fā)光光譜強(qiáng)度作為同一光 纖生物傳感器的量化檢測的內(nèi)定標(biāo)參考值，因而實(shí)現(xiàn)了同一光纖生物傳感器 的量化檢測。
2. 提高了量化檢測值的穩(wěn)定性和檢測精確度。由于摻雜的特征發(fā)光離子 為稀士發(fā)光離子，其4f電子受到了最外層電子的屏蔽，因而其受環(huán)境影響極 小，光纖內(nèi)定標(biāo)的參考發(fā)光譜強(qiáng)度穩(wěn)定，光譜線窄，因此提高了光纖生物傳 感器的量化檢測精確度和穩(wěn)定性。
3. 減化了現(xiàn)有技術(shù)半量化或準(zhǔn)量化生物檢測技術(shù)中采用參考和檢測兩 種光纖生物傳感器同時(shí)進(jìn)行的復(fù)雜過程。本發(fā)明技術(shù)中是在檢測光纖中摻雜 了特定濃度的發(fā)光稀士離子，內(nèi)定標(biāo)參考和生物檢測均在同一光纖生物傳感 器內(nèi)進(jìn)行，因此減化了先生物檢測技術(shù)的復(fù)雜過程。
4. 降低了光纖生物傳感器整機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成本。本傳感器由于無需檢 測參考光纖，因而減少了光纖數(shù)目和激發(fā)光源及其光路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而 也降低了成本。
本發(fā)明倏逝波光纖生物傳感器的光纖生物探針的制作方法，包括以下步
驟
1、光纖的制作-
將分析純(純度大于99.99%)的Si02和稀土或過渡族元素的氧化物按照 設(shè)定比例混合后，按照常規(guī)的生產(chǎn)光纖的方式獲得光纖；按常規(guī)做法對光纖
表面進(jìn)行光刻處理，做成矩陣式分布的凹陷表面單元。 2、表面親水化處理
將上述得到的表面矩陣化的光纖探針表面先在清洗液1中清洗30分鐘，
再在清洗液2中清洗30分鐘，然后在清洗液3中煮沸10分鐘，制備出在表 面矩陣化的光纖探針上具有親水的極化層。
其中清洗液l為濃HC1:乙醇4:1 (V/V);
清洗液2為濃硫酸； 清洗液3為超純水。 3、捕獲生物分子層的制備 將上述處理好的光纖探針放入捕獲生物分子溶液持續(xù)1小時(shí)，然后拿出 用去離子水洗凈，即得到活性捕獲生物分子層。
采用本發(fā)明倏逝波光纖生物傳感器進(jìn)行生物分子探測按如下步驟進(jìn)行 將一制好的摻雜內(nèi)定標(biāo)離子的光纖生物探針浸入待測的混合溶液，經(jīng)過 一定反應(yīng)時(shí)間后，溶液中的生物分子與探針表面上生物分子特異性結(jié)合，形
成分子復(fù)合物；然后把光纖浸入熒光物質(zhì)標(biāo)記的識別分子的混合溶液中，把
熒光物質(zhì)固定于探針的表面上。然后把得到的光纖生物探針通過透鏡耦合到 倏逝波光纖檢測系統(tǒng)，通過在光纖中傳播的激光激發(fā)摻雜的離子產(chǎn)生熒光， 利用傳播的激光產(chǎn)生的倏逝波場激發(fā)熒光標(biāo)記物，根據(jù)熒光標(biāo)記物的熒光強(qiáng) 度與摻雜離子熒光強(qiáng)度的比值，表征觀測溶液中生物分子的屬性和含量。


圖1是以TmS+作為內(nèi)定標(biāo)離子得到的結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例1
本發(fā)明倏逝波光纖生物傳感器，包括光學(xué)檢測系統(tǒng)、由一根光纖和在該
光纖表面植被的捕獲生物分子構(gòu)成的光纖生物探針，其特點(diǎn)是，所述的光纖
本體內(nèi)含有摻雜的Tn^+離子，TmS+離子濃度為500—4000ppm;該摻雜元素 在光纖中以離子形式存在，在可見和紅外波段的輻射和吸收覆蓋紫外，可見 以及紅外波段。
(1) Ti^+離子摻雜光纖的制作
實(shí)驗(yàn)所用原料Si02、 丁111203均為分析純，純度大于99.99%。 Tm在光纖 中的含量為1000 ppm，將上述原料按照一定比例混合然后按照常規(guī)的生產(chǎn)光 纖的方式獲得光纖。
(2) 表面親水極化處理 將上述得到的纖芯表面先在清洗液1中清洗30分鐘，再在清洗液2中清
洗30分鐘，然后在清洗液3中煮沸10分鐘，制備出在表面矩陣化的纖芯上 具有親水的極化層。
其中所述清洗液l為濃HC1:乙醇4:1 (V/V);
清洗液2為濃硫酸； 清洗液3為超純水。
(3) 捕獲分子層的制備
將上述表面親水化處理的纖芯，放入IgG蛋白質(zhì)溶液(lmg/ml),使蛋白 分子自然吸附在纖芯表面上，持續(xù)30分鐘時(shí)間，然后洗凈，即形成了檢測所 用的探針。
(4) 制備量子點(diǎn)標(biāo)記的識別分子 選擇發(fā)光波長585nm的量子點(diǎn)，其表面含有羧基，濃度為10—7M的量子
點(diǎn)溶液，向量子點(diǎn)中分別加入20|iL 0.05M的NHS以及同樣體積的0.5M的 EDC溶液，攪拌30—60分鐘；之后向發(fā)光在585nm的量子點(diǎn)溶液中加入同 樣濃度的IgG抗體。
(5) 應(yīng)用上述摻雜Tm離子的生物探針進(jìn)行生物分子檢測；
將該探針浸入含有585nm標(biāo)記的識別分子溶液，經(jīng)過一定反應(yīng)時(shí)間后探針 表面上捕獲生物分子與對應(yīng)溶液中的分子特異性結(jié)合，使得量子點(diǎn)固定在探 針的表面。量子點(diǎn)的發(fā)光以及摻雜的Tm離子的發(fā)光通過先技術(shù)倏逝波光纖 生物傳感器光學(xué)檢測系統(tǒng)檢測，得到圖1所示光譜圖。
權(quán)利要求
1. 一種倏逝波光纖生物傳感器，包括光學(xué)檢測系統(tǒng)、由一根光纖和在該光纖表面植被的捕獲生物分子構(gòu)成的光纖生物探針，其特征在于，所述的光纖本體內(nèi)含有摻雜的La系元素或過渡族元素的內(nèi)定標(biāo)離子，所述的內(nèi)定標(biāo)離子的濃度為500—4000ppm。
2. 權(quán)利要求1所述的倏逝波光纖生物傳感器在快速檢測生物分子中的應(yīng)用，其特征是將權(quán)利要求1所述的含有內(nèi)定標(biāo)離子的光纖生物探針放入待測溶液中，如果該溶液中存在與光纖生物探針上捕獲生物分子同種的生物分子，由于生物分子的特異性結(jié)合而被捕獲形成復(fù)合分子；然后再將光纖生物 探針放入識別生物分子溶液中，該溶液中的識別生物分子與光纖生物探針上 的相應(yīng)的復(fù)合分子結(jié)合，則將其標(biāo)記的熒光物質(zhì)固定在光纖生物探針上，通 過在光纖中傳播的激光激發(fā)摻雜的內(nèi)定標(biāo)離子產(chǎn)生熒光，利用傳播的激光產(chǎn) 生的倏逝波場激發(fā)熒光物質(zhì)，根據(jù)標(biāo)記的熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度與內(nèi)定標(biāo)離子 熒光強(qiáng)度的比值，表征觀測溶液中生物分子的屬性和含量。
全文摘要
本發(fā)明涉及可廣泛適用于分子生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、食品檢驗(yàn)、生物戰(zhàn)劑和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的生物檢測裝置，特別是一種能夠?qū)崿F(xiàn)對生物靶標(biāo)進(jìn)行量化精確檢測的倏逝波光纖生物傳感器，包括光學(xué)檢測系統(tǒng)、由一根光纖和在該光纖表面植被的捕獲生物分子構(gòu)成的光纖生物探針，所述的光纖本體內(nèi)含有摻雜的La系元素或過渡族元素的內(nèi)定標(biāo)離子，所述的內(nèi)定標(biāo)離子的濃度為500-4000ppm。實(shí)現(xiàn)了光纖生物傳感器的內(nèi)定標(biāo)參考的量化檢測；減化了現(xiàn)有技術(shù)半量化或準(zhǔn)量化生物檢測技術(shù)中采用參考和檢測兩種光纖生物傳感器同時(shí)進(jìn)行的復(fù)雜過程，并提高了量化檢測值的穩(wěn)定性和檢測精確度。
文檔編號G01N21/64GK101393202SQ20081005139
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者劉曉敏, 孔祥貴, 孫雅娟, 張友林, 曾慶輝 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所