CN103398952B - 生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法，在现有的滤波片最上层光栅层表面产生一层修正层，搭建简单光路，用宽带光源作为入射光垂直入射到滤波片上，然后通过耦合，将其反射光耦合进光纤通过光谱仪实际测试出其波峰的移动量和带宽，最后通过改变修改层的厚度，得到不同的波峰位置和带宽，直到得到所需波峰位置和带宽，将待测物质加在修正层上，生物分子间共价键的作用，待检测物质和修正层紧紧结合起来，达到很好的测试效果。此方法能够简单快速使滤波片达到所需要的窄带效果。具有很大的通用性，不仅实现待测物滤光片表面的有效吸附，同时还可以增加整个传感系统的灵敏度。

Description

生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法
技术领域
本发明涉及一种生物传感检测方法，特别涉及一种生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法。
背景技术
生物传感包括标签检测和无标签检测技术，由于传统上通常采用的是荧光或者放射性标记的标签检测方式，测试过程中不但标记信号本身太过微弱，显微镜或者ccd检测装置难以响应，而且这种标签的添加也一定程度上影响了分子间原有状态，使得测试结果并不是很准确。所以无标签检测技术得到人们越来越多的青睐。而基于光学原理的无标签生物传感直接将生物信号转化为一定光学参数的变化，如，透过率，透过波段，相位等。导模共振原理的滤光片用来检测生物小分子就是其中比较成熟和有前景的一种。导模共振滤波片直接将感应到的附着样品分子间的变化转变为共振波峰的移动。表面光子晶体产生的窄带光学共振可以设计出很窄的倏失场，共振波长可以从紫外覆盖到红外。将导模共振滤光片作为光学传感器件，搭建简单的检测系统，就能实现样品的无标签检测。现在的研究多把导模共振生物传感器结合微流体技术，这样来提高样品检测的通量、准确率，并实现算机自动控制，后期成像等。除此之外，在相关的在先专利文献方面，如中国发明专利案（公开号CN102317781A），说明了各种适体配体等生化反应对共振峰的改变，却没有说明其反应过程对于整个共振峰半宽的影响。在现有技术中，由于待测生物小分子整体对滤光片共振峰的移动是很小的，大多小于1nm。而实际制作的滤光片不能满足要求，使得传感器的灵敏度达不到所要求。
发明内容
本发明是针对导模共振生物传感器中滤光片共振峰的移动影响传感器灵敏度的问题，提出一种生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法，基于导模共振原理，光栅层使用不同介质以及光栅占空比对于实际滤光片的半宽的影响原则，通过适当改变加入调制样品层厚度达到最优化的结果，操作方便。
本发明的技术方案为：一种生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法，具体包括如下步骤：
1）导模共振生物传感器中滤波片从上到下分别为光栅层、波导层、基底，在滤光片的光栅层表面产生一层修正层，所选修正层为不影响待测物特性的生物或者化学样品；
2）搭建简单光路，用宽带光源作为入射光垂直入射到滤波片上，然后通过耦合，将其反射光耦合进光纤通过光谱仪实际测试出其波峰的移动量和带宽；
3）改变修正层的厚度，重复步骤2）测得不同的波峰移动量以及不同的带宽，再改变正层的厚度，直到得到所需波峰位置和带宽；
4）将待测物质加在修正层上，生物分子间共价键的作用，待检测物质和修正层紧紧结合起来，再检测待测物的峰值移动，得到优化后测试结果。
所述修正层可选硅烷基或者用硅烷来连接的生物素和亲和素。
本发明的有益效果在于：本发明生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法，能够简单快速使滤波片达到所需要的窄带效果。具有很大的通用性，不仅实现待测物滤光片表面的有效吸附，同时还可以增加整个传感系统的灵敏度。
附图说明
图1为本发明导模共振滤光片结构示意图；
图2为本发明调制样品层以及待测样品层的吸附方式示意图；
图3为本发明修正层对滤光片半宽的影响对比图。
具体实施方式
如图1所示滤波片的结构示意图，从上到下分别为光栅层1、波导层2、基底3，以BK7作为基底3，波导层2折射率为n w =2.02，厚度为=300nm，光栅层1折射率n g =1.685，厚度是=250nm，光栅周期^是800nm，填充系数是0.475，覆盖层是空气层。
图2所示导模共振滤光片结构示意图，在光栅层1面上用硅烷基加一层修正层5或者用生物素-亲和素系统作为图2中修正层5，生物素-亲和素系统是以生物素和亲和素具有的独特结合特性为基础，结合二者即可偶联抗原抗体等大分子生物活性物质，它们的结合迅速、专一、稳定，并具有多级放大效应。然后如图2所示修正层上加待测物4，待测物4可以是抗体，或者核酸等小分子。
可以用宽带光源作为入射光垂直入射到图2所示样品的表面，然后通过耦合将其反射光耦合进光纤通过光谱仪实际测试出其波峰的移动。不同修正层5所对应反射比如图3所示。其中修正层,厚度分别是为0nm，75nm,125nm,175nm,250nm.可以看出波峰逐渐右移，半宽逐渐变窄。通过计算Q值（滤波片品质因数）由96.18变为279.76。
用导模共振滤光片搭建简单光路，实现小分子样品的检测。在待测物加入待测样品室之前，先用不影响待测物特性的其他生物或者化学样品使滤光片表面产生一层修正层5，优化滤波片的带宽，达到很窄的共振带宽，进而就增加了待测物产生的共振峰微小移动的识别。然后，加入实际待测小分子，如：蛋白质，核酸等。由于生物分子间共价键的作用，使待检测物质和修正层5紧紧结合起来。最后窄带波峰的移动记录下来，达到生物传感效果。

Claims (2)

1.一种生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）导模共振生物传感器中滤波片从上到下分别为光栅层、波导层、基底，在滤波片的光栅层表面产生一层修正层，所选修正层为不影响待测物特性的生物或者化学样品；
2）搭建简单光路，用宽带光源作为入射光垂直入射到滤波片上，然后通过耦合，将其反射光耦合进光纤通过光谱仪实际测试出其波峰的移动量和带宽；
3）改变修正层的厚度，重复步骤2）测得不同的波峰移动量以及不同的带宽，再改变修正层的厚度，直到得到所需波峰位置和带宽；
4）将待测物质加在修正层上，在生物分子间共价键的作用下，待检测物质和修正层紧紧结合起来，再检测待测物的峰值移动，得到优化后测试结果。
2.根据权利要求1所述生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法，其特征在于，所述修正层可选硅烷基或者用硅烷来连接的生物素和亲和素。
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