[发明专利]一种双通道探针式81°倾斜光纤光栅传感器系统及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双通道探针式81°倾斜光纤光栅传感器系统及其制备方法和应用，首先在81°TFG端面镀银膜形成反射式81°TFG，然后在栅区表面依次修饰大尺寸金纳米壳(AuNs)粒子、氧化石墨烯（GO）和特异性识别分子制得反射式81°TFG探针，后构建由22耦合器两个偏振控制器和两根反射式81°TFG探针组成的双通道传感器，实现基于双通道探针式81°TFG局域表面等离子体共振(LSPR)的免疫传感器。该传感器的两个通道相互独立，互不影响，可实现对目标生物分子的阳性和阴性样本的同时检测，从而增强其临床检测应用的可靠性；或同时对两种不同的目标生物分子进行特异性检测，且快速检测、操作简单及探针式结构操作更加方便，具有较大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及生物分子传感器技术领域，特别的涉及一种双通道探针式81°倾斜光纤光栅传感器系统及其制备方法和应用。

背景技术

光纤光栅生物传感器不仅继承了生物传感器的高生物敏感性、高特异性或光谱选择性，同时还具有无污染、快速实时、便携、体积小、成本低等优点，因此，在生物医学研究、临床诊疗、基因分析、食品安全和环境监测中得到广泛地应用。

由于光纤生物传感器具有微尺寸、免标记抗及电磁干扰等优点，可与各种纳米粒子材料结合构成极高灵敏度的光纤局域表面等离子体共振(LSPR)传感器,也可集成二维材料如氧化石墨烯(GO)等构成生物亲和性能良好传感器，因此，各种集成GO的光纤LSPR传感器得到日益关注。其中，81°倾斜光纤光栅(81°TFG)是一种光栅周期介于LPFG和光纤Bragg光栅之间结构新颖的极大倾角的特种光纤光栅，光栅倾斜角度约为81°，在1250-1700nm波段具有丰富的谐振光谱。大角度倾斜条纹极大的增强了光纤的双折射效应，因此它体现出比TFBG更强的偏振相关性(同一个高阶包层模存在TM/TE简并模)，其纤芯基模与同向包层模之间的相位匹配条件可表示为：

式中，λ为包层模的谐振波长；为纤芯基模有效折射率，是第m阶包层模式的有效折射率；Λ_G表示光栅正常周期，θ为光栅的倾斜角度；和Λ_G为环境温度T与应变ε的函数，还是外部折射率n_StI的函数。由于其较高的折射率(Refractiveindex,RI)灵敏度和极低的温度交叉敏感性，已被报道用于pH值、振动、液位及生物标记物等物理和生化领域的传感应用。目前，本课题组已报道了大尺度纳米金壳(AuNs)修饰极大倾角光纤光栅构成LSPR传感器用于检测细胞程式死亡-配体1(PD-L1)，氧化石墨烯(GO)修饰包层腐蚀型81°TFG检测牛血清白蛋白(BSA)等。但由于81°TFG与长周期光纤光栅(LPFG)一样，都属于透射式光纤光栅，不仅在实际应用过程中不方便测量操作，而且对外部环境感知的光程短，导致灵敏度低。且上述传感器均为单通道透射型生物传感器，由于待测目标参量种类和特性的多样化，检测时间长，系统误差大，使得单通道透射式传感器已逐渐无法满足实际检测的需要。

甲胎蛋白(alpha-fetoprotein,AFP)是与肝癌肿瘤相关的胚胎特异-球蛋白,分子量约为70kDa，一直以来，AFP在临床上作为检测肝癌肿瘤发生的标志物。当肝脏细胞受到相关因素刺激之后，尤其是因乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒感染而引起的肝硬化以及肝细胞癌患者，其肝脏细胞可以重新获得合成AFP的能力，导致体内AFP呈现高表达，因此AFP被广泛运用于原发性肝癌的早期筛查、诊断以及复发监控、预后检测。目前，血清标志物检测方法主要包括酶联免疫吸附技术(ELISA)与化学发光免疫分析法、免疫胶体金技术、蛋白质芯片法等。但是这些纯粹的生化方法存在步骤繁琐、检测灵敏度不高、仪器设备价格昂贵等缺点，因此探索高效、可靠、低成本的检测技术对于肝癌的早期诊断、复发监控具有十分重要的意义。

发明内容