[实用新型]用于化学和生物分析的光纤传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于生物传感器技术领域, 具体涉及一种化学和生物分析的实时监控光纤传感器。

背景技术

传感器的发展在近年来十分迅速，这是跟各类不同原理的传感器本身拥有独特功能和其优越之处有所关连的：高敏感度：利用跟来自靶分析物的化合物为敏感组件，对靶分析物有很高的精确和灵敏度，每次分析所需样品量很少；快速：可以进行实时分析和结果；方便：生产佩备后可在需要时立刻使用便于携带，相对在实验室进行的化验方式，省却了不少样品前处理、启动大型仪器等步骤。而实时感应和连续监测物理、化学和生物刺激也变得越来越重要，也可广泛利用于环境检测、生物及临床医学、食品工业生产等领域。

光学传感器是近年一种新兴的生物学分析检测技术。这种传感器反应速度快，信号较稳定，不像电化学传感器般有可能被样品里杂质的电活性物质干扰，但由于以往进行这类研究设备的费用较为高昂，所以光学传感器的发展研究在近年才开始普及。表面等离子体共振 (SPR) 技术的光学生物传感器在生物学上的新兴应用已逐渐成熟，并已成为药剂科和生命科学其中一种常用的研究工具。

表面等离子体共振 (SPR) 是光学现象。当一束平面单色偏振光在一定的角度范围内照射到镀在基板(硅片、玻璃)表面的薄膜(化学分子或生物分子膜)上发生全反射时，当入射光的波向量与薄膜内表面电子的振荡频率相匹配时，光线既被耦和进入薄膜，引起电子发生共振，即表面等离子体共振。SPR 对附着在化学分子或生物分子膜表面的介质折射率和反射率十分敏感，介质或份量改变，共振角也会改变，所以 SPR光谱能够反映实时流动体的变化。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是供一种利用表面等离子体共振 (SPR) 技术的化学及生物分析的实时光学传感器。这个传感器的平台是由宽带光源 (激光)、光纤耦合器、惰性金属薄膜、化学分子或生物分子膜、光谱仪所组成。而生物分子和其他物质分子之间进行接触，相互作用，发生物理和化学变化所引起的。SPR的技术测量可应用于不同的化学或生物物质。 激光光源经过光纤耦合器到有化学分子或生物分子膜的芯片表面，当分析物的溶液流经芯片表面时，会产互相作用，将使芯片表面结合的物质质量发生变化， 导致芯片表面反射率的变化，从而引起角度的变化， 可以通过检测这一变化来完成特定化学或生物物质的识别及其浓度的测定。

在化学应用的领域，当分析物与化学分子膜有选择性地吸附或与化学分子膜中的特定分子发生化学反应，会引起化学分子膜的光学属性(主要是反射率)的变化，进而表面等离子共振条件的变化，通过检测共振角或共振波长的变化来检测待测分子的成分、浓度以及参与化学反应的特性。

在生物学应用的领域 (细菌、病原检测和监控以及蛋白质检测等)，任何一对生物亲和分子 (抗体-抗原、核酸-核酸、蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸等等)，化学分子或生物分子膜(靶分子)会被键合在芯片的表面, 而另一个(分析物)就会被置于溶液中。当含有分析物的溶液流经靶分子键合的生物传感器表面时，二者有相互作用而结合，而相互作用的亲和性，将使芯片表面结合的物质质量发生变化， 导致芯片表面反射率的变化，从而引起角度的变化， 可以通过检测这一变化来完成特定生物分子的识别及其浓度的测定。

本实用新型公开的用于化学和生物分析的光纤传感器，包括：

光纤耦合器，其设有传感器探头，传感器探头的表面覆有惰性金属薄膜；

激光光源，其与光纤耦合器连接；

光谱仪，其与光纤耦合器连接；

芯片，芯片的表面设有透明的纳米粒子膜，所述纳米粒子膜上设有与被分析物具有亲和性的分子膜。

优选地，所述惰性金属薄膜可为金或银。

优选地，所述惰性金属薄膜的厚度为50nm至100nm。

优选地，所述芯片的材质为硅片或玻璃。

优选地，所述纳米粒子膜为二氧化钛纳米粒子膜或是硅纳米粒子膜。

优选地，所述纳米粒子膜的厚度为50nm至100nm。

优选地，所述芯片设于所述传感器探头的下方，所述芯片朝向所述传感器探头的一面上设有所述纳米粒子膜，所述纳米粒子膜上设有与被分析物具有亲和性的分子膜，被分析物置于与被分析物具有亲和性的分子膜上。

本实用新型具有的优点在于:

与传统的相互作用技术如超速离心、荧光法、热量测定法等相比，本实用新型的SPR 的光纤传感器有以下特点: