[实用新型]一种基于纳米磁珠的光敏传感器

说明书

本实用新型公开一种基于纳米磁珠的光敏传感器，包括光源、物镜、光纤、光谱仪，还包括样品池，光源通过物镜聚焦后接入光纤，将光纤的一端的一部分封装在样品池中，另一端与光谱仪连接；光纤封装在所述样品池中的部分可通过硅烷化反应连接抗原或者抗体；样品池中有纳米磁珠，纳米磁珠可连接与抗体或抗原特异性结合的待检物。本实用新型的光敏传感器具有特异性高、分离快、重现性好等特点，且制备成本低、尺寸小、便于携带，尤其可用于快速有效地从复杂环境中检测待检物。

技术领域

本实用新型涉及生化分离检测领域，具体地，涉及一种基于纳米磁珠的光敏传感器。

背景技术

非荧光标记生物传感器相比传统手段具有灵敏度高、特异性好的优点，同时又避免了荧光标记带来的淬灭问题。常见的非荧光标记物有金、银、磁性纳米粒子等。纳米磁珠因其磁性分离技术目前已被广泛地应用于生物医学的快速分离纯化和检测等领域中，利用磁性纳米微粒载体结合的抗原或抗体进行免疫分析，具有特异性高、分离快、重现性好等特点。

纳米光纤消逝场传感器以其灵敏度高、结构简单、成本低廉、便于集成、抗电磁干扰能力强等优点，受到日益广泛的关注。纳米光纤生化传感器与其他免疫检测手段相比具有响应快、灵敏度高、体积小等优势，且具备阵列化和多目标同时检测的巨大潜力，是一种功能强大的光学生化检测手段。当光在光纤中传输时，在低折射率的包层中会有在垂直于轴向传播方向迅速衰减的消逝场。纳米磁珠对光纤传输特性的影响是通过其对光纤消逝场的散射和吸收造成的。

纳米小球对光纤消逝场能量吸收和散射的总和称为消光度。Q_sca为微纳米小球的散射效率、Q_ext为消光效率、Q_abs为吸收效率，则：

Q_ext＝Q_sca+Q_abs

当小球之间间隔足够远时，可以认为小球是相互独立的，即小球之间不会相互影响局域场分布，因此多个小球的共同散射效果就是所有小球散射的线性叠加，即：

P_out＝P_inexp(-η_sQ_extN)

式中P_in、P_out分别为纳米光纤的输入光功率和输出光功率，Q_ext为微纳米小球的消光效率，η_s为有效消逝场功率占有率，N为纳米小球的总数目。

纳米小球的消光效率Q_ext与颗粒的大小、介电常数和磁导率相关，其对光的散射和吸收，Mie早于1908年通过麦克斯韦方程组提出米氏方程，并为Q_ext给出了精确的数学解。纳米小球对光纤传输能量的损耗除与单个小球本身的消光效率有关，还取决于轴向入射到小球几何横截面上的消逝场功率占有率，即有效消逝场功率占有率η_s。本推导过程认为纳米小球直接吸附在光纤表面，因此，小球的有效功率占有率由光纤直径和入射波长决定。令Ω_s为微纳米小球的几何横截面，则

式中为微纳米小球几何横截面内任意一点的消逝场功率密度，则表示轴向入射到微纳米小球几何横截面上的消逝场功率；而P为该光纤横截面内总功率占有率。

Q_extη_s为纳米磁珠对光纤消逝场的有效消光效率Q_eff，则可以表示为:

随着纳米技术的进步，高灵敏度生物传感器逐渐涌现，在复杂检测环境中，如在血清、唾液、尿液、食物、污水等环境中，实现高选择性、高可靠性检测的需要显得尤为迫切。

实用新型内容