一種基于傾斜光柵的光纖dna分子傳感器及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，包括作為傳輸介質(zhì)的石英光纖和在石英光纖上所刻寫的傾斜光柵部分，以及在所述傾斜光柵部分利用現(xiàn)有硅烷化技術(shù)修飾的源DNA分子探針，即ssDNA；在所述石英光纖的一端設(shè)置有提供光信號的寬帶光源，另一端設(shè)置有光譜儀，以檢測所述寬帶光源經(jīng)石英光纖所述傾斜光柵部分后的光譜變化；所述的石英光纖包括包層和纖芯。本發(fā)明采用傾斜光柵作為傳感器件，具有靈敏度高，體積小，耐腐蝕，低熱敏交叉性和抗電磁干擾等優(yōu)勢。
【專利說明】一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器及其制備方法與 應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器及其制備方法與應(yīng)用，屬于 傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖技術(shù)具有靈敏度高、抗電磁干擾、抗化學(xué)腐蝕、尺寸小和快速響應(yīng)等特點。因 此，光纖類生物傳感器是目前國內(nèi)外廣泛研究的一種傳感器。與傳統(tǒng)光纖光柵相比，傾斜光 柵在傳感器領(lǐng)域解決了傳統(tǒng)布拉格光纖光柵在液體濃度測量方面的局限性，以及長周期光 纖光柵傳感器體積大和折射率溫度交叉敏感等缺點。傾斜光柵作為一種新型的傳感結(jié)構(gòu)， 兼具價格低廉、制作簡單、維護簡便、可靠性高等優(yōu)點，因此基于傾斜光柵的傳感器備受研 究者的關(guān)注?；诠饫w技術(shù)的DNA分子傳感器在環(huán)境監(jiān)測、臨床檢驗、食品檢測等眾多領(lǐng)域 有著極為重要的應(yīng)用。但是目前國內(nèi)外針對光纖類DNA分子傳感器的研究主要存在以下問 題：
[0003] 1)國內(nèi)外報道的光纖DNA分子傳感器多數(shù)基于特種光纖或者干涉儀結(jié)構(gòu)，存在價 格昂貴、構(gòu)建復(fù)雜、折射率溫度交叉敏感以及穩(wěn)定性差等問題；
[0004] 2)有關(guān)傾斜光柵的研究較多，而將其應(yīng)用于DNA分子傳感領(lǐng)域的研究卻較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器。
[0006] 本發(fā)明還提供一種上述DNA分子傳感器的制備方法。
[0007] 本發(fā)明還提供一種利用上述DNA傳感器測量液體DNA分子濃度的方法。本發(fā)明具 有靈敏度高，體積小，耐腐蝕，低熱敏交叉性和抗電磁干擾等優(yōu)點。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，包括作為傳輸介質(zhì)的石英光纖和在石 英光纖上所刻寫的傾斜光柵部分，以及在所述傾斜光柵部分利用現(xiàn)有硅烷化技術(shù)修飾的源 DNA分子探針，即ssDNA ;在所述石英光纖的一端設(shè)置有提供光信號的寬帶光源，另一端設(shè) 置有光譜儀，以檢測所述寬帶光源經(jīng)石英光纖所述傾斜光柵部分后的光譜變化；所述的石 英光纖包括包層和纖芯。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述傾斜光柵部分包括有光柵，所述光柵與所述光纖徑向的 夾角ξ為2-10° ;所述傾斜光柵部分沿光纖軸向的長度為l-2cm;所述傾斜光柵部分的光 柵周期為：Λ 8貝1』，滿足以下相位匹配條件：
[0011 ] λ Bragg = 2neff, core Λ /cos ξ ;
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，其特征在于，所述傳感器包括作為傳輸 介質(zhì)的石英光纖和在石英光纖上所刻寫的傾斜光柵部分，以及在所述傾斜光柵部分利用現(xiàn) 有硅烷化技術(shù)修飾的源DNA分子探針，即ssDNA;在所述石英光纖的一端設(shè)置有提供光信號 的寬帶光源，另一端設(shè)置有光譜儀，以檢測所述寬帶光源經(jīng)石英光纖所述傾斜光柵部分后 的光譜變化；所述的石英光纖包括包層和纖芯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，其特征在于，所述 傾斜光柵部分包括有光柵，所述光柵與所述光纖徑向的夾角ξ為2-10° ;所述傾斜光柵部 分沿光纖軸向的長度為l-2cm;所述傾斜光柵部分的光柵周期為：Λg 貝1J，滿足以下相位匹配條件：
其中，A=AgCosξ;式中，ξ是光柵的傾斜角度，即所述光柵與所述光纖徑向的夾角； 和分別是纖芯導(dǎo)模和第i階包層模的有效折射率，Λ是當(dāng)ξ=0時光柵 的周期；Λg是傾斜光柵的光柵周期；λBragg為光柵的布拉格反射波長；第i階 包層模的諧振波長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，其特征在于，所述 光柵與所述光纖徑向的夾角ξ為2°、4°或10°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，其特征在于，所述 石英光纖的內(nèi)徑為9μm、外徑為125μm的單模光纖SMF28。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，其特征在于，所述 寬帶光源為波長為1510nm-1590nm的寬帶掃描激光光源SM125。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜光柵的光纖DNA分子傳感器，其特征在于，所述 光譜儀為安利公司的MS9710C光譜分析儀。該分析儀可以測試從600nm至1750nm波長范 圍的光譜特性，最大分辨率達〇. 〇5nm。
7. -種如權(quán)利要求1-6任意一項所述DNA分子傳感器的制備方法，包括步驟如下： 1) 傾斜光柵部分的制作包括步驟a-c: a. 光纖載氫處理； b. 傾斜光柵刻入：采用紫外寫入結(jié)合旋轉(zhuǎn)相位掩模板法在所述石英光纖表面刻入傾 斜光柵部分； c. 退火處理：將再將刻有傾斜光柵部分的石英光纖放入溫度控制箱退火處理； 2) 在傾斜光柵部分的表面嫁接DNA分子探針包括步驟d-f: d. 對傾斜光柵部分表面進行活化預(yù)處理，進行硅羥基化； e. 硅羥基化的傾斜光柵部分用硅烷試劑進行硅烷化處理，使傾斜光柵部分表面帶上 一層末端氨基； f. 傾斜光柵部分表面的官能團氨基與ssDNA靶分子相互作用，形成DNA分子探針； 3) 在所述石英光纖的一端設(shè)置有提供光信號的寬帶光源，另一端設(shè)置有光譜儀，以檢 測所述寬帶光源經(jīng)石英光纖所述傾斜光柵部分后的光譜變化，即得到了DNA分子傳感器。
8. -種利用如權(quán)利要求1-6任意一項所述DNA分子傳感器測量液體DNA分子濃度的方 法，包括步驟如下： 1) 波長為1510nm-1590nm的寬帶掃描激光光源SM125,經(jīng)接口為APC型的光纖跳線輸 入奉禹合到一段內(nèi)外徑為9/125μm的單模光纖SMF28中，并在包層的束縛下在單模光纖中傳 輸； 2) 定標(biāo)：選取已知的DNA分子濃度的液體，利用微流控裝置將所述液體引流入所述傾 斜光柵部分中，進而利用所述DNA分子傳感器對其測量，通過所述光譜儀檢測諧振波長移 動的速度和大小，定標(biāo)記錄所述DNA分子濃度與檢測到物理量的關(guān)系； 3) 定標(biāo)后，利用所述DNA分子傳感器實時測量待測液體內(nèi)的DNA分子濃度，通過檢測諧 振波長移動的速度和大小，測量DNA分子的濃度。
【文檔編號】G01N15/06GK104316445SQ201410668891
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】劉思淼, 劉冠秀, 牛傳寧, 馮德軍 申請人:山東大學(xué)