CN104198440A - 一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法，传感器包括条状光学玻璃，其底部镀有金属内反射膜，侧壁镀有铬膜，纳米铬薄膜上镀有带生物分子敏感层的金膜，同时条状光学玻璃的入射光路上设有平行光管，出射光路上依次设有偏振片、光纤准直器以及与光纤准直器通过多模光纤连接的光纤光谱仪。在条状光学玻璃的底端镀上金属内反射膜；在其顶部的侧壁上依次镀铬膜和金膜；在金膜表面形成生物分子敏感层；并用BSA溶液封闭，得到探入式表面等离子体共振生物传感器。本发明插入试管液体中进行SPR测量简化了系统，实现了传感器的便携化。同时，克服了现有探针式SPR传感器的缺陷，其测量方式则简便的多，实现了仪器便携化。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面等离子体共振生物传感器，具体涉及一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法。
背景技术
表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)是光束通过介质表面与金属薄膜耦合而产生的一种物理光学现象。1902年，Wood在光学实验中首次发现了这一现象。形成SPR的必要条件之一是金属与电介质界面的存在，当平行表面的平行光以大于全反射临界角的某一角度入射，如果其频率与金属表面振荡的自由电子(即等离子)频率一致，入射光就会被耦合入表面等离子体内，在这个角度由于表面等离子体共振将引起对入射光束能量的显著吸收从而使反射率显著减少，出射光谱中必然会呈现一个吸收峰。SPR对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，把入射到金属膜上的光按入射角度或者波长变化来扫描，如果金属膜表面的光学折射率由于结合了生物分子而发生微小变化,那么出射端得到的光谱吸收峰的位置也会所变化，这是SPR生物传感器的理论基础。
1983年，Liedberg等首次将表面等离子体共振技术用于化学传感器领域，并研制出基于表面等离子体共振原理的气体传感器。1990年，瑞典BIAcore公司开发出世界上第一台商业化的SPR生物分子相互作用分析仪。之后，SPR生物传感器的研究全面展开并不断深入，其应用范围也不断扩大。由于SPR传感器具有能够实时检测生物分子间相互作用、方便快捷、无须标记样品及样品需要量少等特点，已经成为一种成熟的检测生物分子间相互作用的方法，广泛应用于蛋白质组学、受体/配体、抗体/抗原分子结合、免疫识别、癌症研究和新药筛选等生命科学领域，用于实时和动态研究蛋白质/蛋白质、蛋白质/核酸、新药分子/靶蛋白等生物分子的相互作用过程。
在SPR仪器市场上，目前Biacore和Spreeta SPR仪器产品占据绝大部分国际国内市场。其中，Biacore仪器采用入射角扫描方式，它需要精确的机械转角仪，而精密转角仪通常比较沉重，再加上液流控制系统，这类台式仪器仅适合于具备一定条件的实验室应用，且价格昂贵。Spreeta TM虽属便携式SPR仪器，但仍然需要液流输送系统，并且灵敏度不如台式Biacore。光纤SPR传感器可使仪器系统微型化，是便携SPR仪器发展的重要方向。
US5359681专利描述了一类光纤传感器，包括传输型传感器和终端反射型传感器，其中传输型传感器仍然需要液流输送系统，而终端反射型SPR传感器则可将光纤传感探针插入试管中的液体进行测量而无需液流输送系统。但是这种基于多模光纤的探针式SPR传感器虽然可直接在试管中测量但也存在一些缺陷，例如，由于光在光纤传感探针中的多模传输以及未去除s偏振光，与棱镜耦合的台式SPR相比，其共振峰宽而低，从而造成的信噪比降低。另一方面，在圆形光纤表面抛光和镀膜均需要特殊的抛光工艺和专用的镀膜装置从而使SPR传感探头制备工艺复杂，成本较高。这些缺陷限制了这类便携式SPR装置的广泛应用。单模光纤可保持激发光的偏振态；只耦合单一反射角的光纤进入光纤SPR传感器，能得到反射本底较弱的较尖锐的SPR共振峰。CN 101769857专利描述了一种基于单模光纤的SPR方案。目前光纤SPR传感器所存在的问题是：多模光纤SPR的灵敏度和信噪比不高，谐振波长具有弥散性；而单模光纤芯径尺寸小，耦合光较弱。另外，光纤SPR传感探针制备工艺也比平面传感片复杂。为了克服上述问题，出现了不用光纤，而是用光学玻璃棒加工的传感器探头(Takuo Akimoto，Analytica Chimica Acta 610(2008)119–124)，但需要分束镜，反射光只有不到二分之一的光强进入光谱仪，信号损失一半以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法，该生物传感器制备成本低，工艺简单，能够实现便携式、插入式的SPR测量时，在进行SPR测试时其信噪比与检测灵敏度与棱镜耦合的台式SPR仪器相同。
为了达到上述目的，本发明便携探入式表面等离子体共振生物传感器包括横截面为矩形的条状光学玻璃，且条状光学玻璃顶部为入射端，底部为反射端，且作为反射端的底部镀有金属内反射膜，条状光学玻璃底部相对的两个侧面上镀有纳米铬膜，纳米铬膜上镀有金膜，金膜的表面还自组装有生物分子敏感层，生物分子敏感层是将组装在金膜表面的11-巯基烷二酸单分子层用EDC/NHS活化，然后再与生物探针结合得到的；
所述的条状光学玻璃的入射光路上设有平行光管，出射光路上依次设有偏振片、光纤准直器以及与光纤准直器通过多模光纤连接的光纤光谱仪；
其中，平行光管用于提供波长在400～740nm的平行光束；平行光束从条状光学玻璃的顶端入射，在条状光学玻璃中经多次内反射而入射至金膜产生SPR共振；偏振片用于滤去从条状光学玻璃出射的反射光中的s偏振光，保留p偏振光；光纤准直器用于接收p偏振光并产生准直光，光纤光谱仪用于测量SPR共振谱。
所述的条状光学玻璃是由K9或B270光学玻璃裁切而成。
所述的金属内反射膜的厚度为200～250nm，纳米铬膜的厚度为2nm，金膜的厚度为45～50nm。
所述的金属内反射膜为铝膜。
一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
1)将光学玻璃裁切成条状光学玻璃，然后将条状光学玻璃抛光成光学平面，利用真空镀膜机在条状光学玻璃的底端＝部镀上金属内反射膜；接着在条状光学玻璃底部相对的两个侧面镀上铬膜，在铬膜上镀金膜；
2)将条状光学玻璃镀有金膜的部分浸入由体积比为3:1的浓硫酸和双氧水组成的溶液中进行表面处理，然后浸入11-巯基烷二酸的乙醇溶液使条状光学玻璃镀有金膜的部分表面组装11-巯基烷二酸单分子层；
3)将条状光学玻璃组装有11-巯基烷二酸单分子层的部分浸入EDC/NHS溶液中于室温条件下活化，接着向活化后的11-巯基烷二酸单分子层上滴加生物探针溶液进行温育使生物探针与活化后的11-巯基烷二酸单分子层结合以得到生物分子敏感层，然后冲洗干净，接着用BSA水溶液封闭，最后再次冲洗；
4)在条状光学玻璃的入射光路上安装平行光管，出射光路上依次安装偏振片、光纤准直器以及光纤光谱仪，且光纤准直器与光纤光谱仪利用多模光纤连接。
所述的步骤2)中11-巯基烷二酸的乙醇溶液的质量浓度为5～10％，步骤3)中的EDC/sulfo-NHS水溶液是由体积比为1:1的EDC水溶液和sulfo-NHS水溶液混合而成的，且EDC水溶液的浓度为0.4mol/L，sulfo-NHS水溶液的浓度为0.1mol/L；BSA水溶液的质量浓度为1～5％；步骤3)中冲洗采用pH值＝7.4的PBS缓冲液。
一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器的检测方法，包括以下步骤：
1)将条状光学玻璃固定有生物探针的部分浸入待测溶液中；
2)平行光管发出平行光束，平行光束从条状光学玻璃的入射端进入，在探条状光学玻璃内经过多次反射后传输到金属内反射膜以激发SPR共振，接着平行光束被金属内反射膜反射，反射光从入射端出射后经偏振片滤去s偏振光，保留p偏振光，接着通过光纤准直器以及多模光纤然后用光纤光谱仪测量反射光谱，得到SPR共振谱。
所述的步骤2)中进入条状光学玻璃的入射端时的平行光束与条状光学玻璃的入射端法线夹角在25°～40°，出射时的反射光与进入条状光学玻璃入射端时的平行光束沿条状光学玻璃入射端法线对称。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明生物传感器采用了横截面为矩形的条状光学玻璃，从整个生物传感器的表面呈细长矩形，且其传感面(即顶端侧壁)是靠近顶端的平面，所以易于镀制平面纳米金膜，所以，本发明在对条状光学玻璃进行镀膜时，制备工艺简单，成本较低，而不像光纤式SPR传感器探头，在圆形光纤表面抛光和镀膜均需要特殊的抛光工艺和专用的镀膜装置。
SPR测试时，本发明制得的便携探入式表面等离子体共振生物传感器从其条状光学玻璃的底部端面入射的光束为多波长平行光束，该平行光束经条状光学玻璃面多次反射后，入射于金膜而激发表面等离子体共振(SPR)，由于光线的入射角是单一的，从而在原理上保证了该SPR测试系统与棱镜耦合的台式波长共振型SPR仪器具有相同的灵敏度。另外，本发明SPR测试系统中在出射光路中插入偏振片，只有p偏振光进入光纤光谱仪，因而从原理上具有与台式SPR相同的信噪比。
附图说明
图1为本发明便携探入式表面等离子体共振生物传感器的示意图；
图2为本发明条状光学玻璃及铬膜、金膜以及生物分子敏感层的位置关系示意图；
图3为带有金属内反射膜、铬膜、金膜的条状光学玻璃在丙三醇-水溶液中的SPR共振曲线；其中，a为去离子水，b为质量浓度为2.5％的丙三醇-水溶液，c为质量浓度为5％的丙三醇-水溶液，d为质量浓度为10％的丙三醇-水溶液，f为质量浓度为20％的丙三醇-水溶液；
图4为SPR共振峰波长移动δλ与溶液折射率的关系曲线；其中，a为带有金属内反射膜、铬膜、金膜的条状光学玻璃在丙三醇-水溶液的得到的结果，b为经典的棱镜耦合式实验装置的测量结果；
图5：本发明便携探入式表面等离子体共振生物传感器在不同待测溶液中的动态曲线；
其中，1、平行光管，2、条状光学玻璃，3、偏振片，4、光纤准直器，5、多模光纤，6、光纤光谱仪，7、金属内反射膜，8、生物探针。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1和图2，本发明探入式表面等离子体共振生物传感器2包括横截面为矩形的条状光学玻璃，且条状光学玻璃底部为入射端，顶部为反射端，作为反射端的顶部镀有金属内反射膜7，条状光学玻璃顶部的侧壁上镀有铬膜，纳米铬膜薄上镀有金膜，金膜的表面还自组装有生物分子敏感层，生物分子敏感层是将组装在金膜表面的11-巯基烷二酸单分子层用EDC/NHS活化，然后再与生物探针8结合得到的；其中，条状光学玻璃是由K9或B270光学玻璃裁切而成，金属内反射膜7的厚度为200～250nm，铬膜的厚度为2nm，金膜的厚度为45～50nm，铬膜和金膜的长度均为4～5nm。金属内反射膜7优选为铝膜。
所述的条状光学玻璃2的入射光路上设有平行光管1，出射光路上依次设有偏振片3、光纤准直器(4)以及与光纤准直器4通过多模光纤5连接的光纤光谱仪6；且平行光管1采用卤钨灯做光源；光纤光谱仪6采用AvaSpec 2408光纤光谱仪；
其中，平行光管1用于提供波长在400～740nm的6mm的平行光束；从条状光学玻璃2的顶端入射，在条状光学玻璃2中经多次内反射而入射至金膜产生SPR共振；偏振片3用于接收探入式表面等离子体共振生物传感器2发出的反射光并滤去其中s偏振光，保留p偏振光；光纤准直器4用于接收来自偏振片3的p偏振光并产生准直光，光纤光谱仪6用于产生SPR共振谱。
本发明探入式表面等离子体共振生物传感器2的制备方法包括以下步骤：
1)将K9或B270光学玻璃裁切成条状光学玻璃，几何尺寸为60mm×4mm×2mm，然后将条状光学玻璃抛光成光学平面，然后利用真空镀膜机在条状光学玻璃的底部镀上厚度在200～250nm的金属内反射膜7；接着在条状光学玻璃底部相对的两个侧壁镀上厚度为2nm的铬膜，在铬膜上镀厚度为45～50nm的金膜；
2)将条状光学玻璃镀有金膜的部分浸入由体积比为3:1的浓硫酸和双氧水组成的溶液中进行表面处理，取出后用大量去离子水冲洗并氮气吹干；且浓硫酸的质量浓度为98％，双氧水的质量浓度为30％；然后浸入质量浓度为5～10％的11-巯基烷二酸的乙醇溶液12小时使条状光学玻璃镀有金膜的部分表面组装11-巯基烷二酸单分子层，取出组装有11-巯基烷二酸单分子层的条状光学玻璃镀依次用乙醇和去离子水冲洗并用氮气吹干；
3)将条状光学玻璃组装有11-巯基烷二酸单分子层的部分浸入EDC/NHS溶液中于室温条件下活化30分钟，接着向活化后的11-巯基烷二酸单分子层上滴加生物探针溶液进行温育使生物探针与活化后的11-巯基烷二酸单分子层结合以得到生物分子敏感层，然后用pH值＝7.4的PBS缓冲液冲洗干净，接着用质量浓度为1～5％的BSA水溶液封闭，最后再次用pH值＝7.4的PBS缓冲液冲洗；其中，EDC/sulfo-NHS水溶液是由体积比为1:1的EDC水溶液和sulfo-NHS水溶液混合而成的，且EDC水溶液的浓度为0.4mol/L，sulfo-NHS水溶液的浓度为0.1mol/L；
4)在条状光学玻璃2的入射光路上安装平行光管1，出射光路上依次安装偏振片3、光纤准直器4以及光纤光谱仪6，且光纤准直器4与光纤光谱仪6利用多模光纤5连接。
本发明的生物探针不仅可以是已有的生物探针还可以是自己合成的，本发明所采用的生物探针是CLEN-BSA合成抗原，其为实验室制备，合成方法如下：
1)称取已纯化的5mg盐酸克伦特罗溶于1mL 1mol/L预冷的盐酸溶液，然后向其中加500μL的去离子水调节pH值等于0.5，得到盐酸克伦特罗溶液；
2)在4℃下向盐酸克伦特罗溶液中连续缓慢加入60μL 0.2mol的NaNO2(分三次加入，每次20μL，每次间隔20s)并于4℃低速搅拌1h，此时用碘化钾淀粉试纸检验，试纸变为深紫色，得到偶氮后的CL。
3)将30mg BSA溶于1ml pH值＝9.5的碳酸盐缓冲液(0.1mol/L)中，将偶氮后的CL慢慢滴入BSA溶液中，期间用1mol/L氢氧化钠水溶液调节pH值，使pH值维持在9.0～9.5之间，在避光条件下继续搅拌3h，接着在4℃冰箱中用PBS水溶液(0.01mol/L，pH值＝7.2～7.4)连续透析2d，多次换液，分装，-20℃保存，即得到CLEN-BSA合成抗原。
一种基于上述便携探入式表面等离子体共振生物传感器的检测方法包括以下步骤：
1)将探入式表面等离子体共振生物传感器2固定有生物探针的部分浸入待测溶液中；
2)平行光管1发出6mm的平行光束，平行光束从探入式表面等离子体共振生物传感器2中条状光学玻璃的入射端进入探入式表面等离子体共振生物传感器2中，在探入式表面等离子体共振生物传感器2经过多次反射后传输到金属内反射膜7以激发SPR共振，接着平行光束被金属内反射膜7反射，反射光从入射端出射后经偏振片3滤去s偏振光，保留p偏振光，接着通过光纤准直器4以及多模光纤然5后用光纤光谱仪6测量反射光谱，得到SPR共振谱；其中，进入条状光学玻璃的入射端时的平行光束与条状光学玻璃的入射端法线夹角在25°～40°，出射时的反射光与进入条状光学玻璃入射端时的平行光束沿条状光学玻璃入射端法线对称，这样能够使发射光从入射端出射后向另一方向出射，从而完全进入光谱仪而不是像光纤反射式传感器那样，反射光沿光纤向光源方向传输，通过光纤分路器只能利用反射光的二分之一能量。
为了对本发明基于探入式表面等离子体共振生物传感器2的检测系统的检测效果进行评价，本发明给出了一个探入式表面等离子体共振生物传感器的制备方法的实施例：
1)将B270光学玻璃裁切成条状光学玻璃2，几何尺寸为60mm×4mm×2mm，然后将条状光学玻璃抛光成光学平面，然后利用真空镀膜机在条状光学玻璃的底部镀上厚度在200～250nm的金属内反射膜7；接着在条状光学玻璃底部相对的两个侧壁镀上厚度为2nm的铬膜，在铬膜上镀厚度为45～50nm的金膜；
2)将条状光学玻璃镀有金膜的部分浸入由体积比为3:1的浓硫酸和双氧水组成的溶液中进行表面处理，取出后用大量去离子水冲洗并氮气吹干；且浓硫酸的质量浓度为98％，双氧水的质量浓度为30％；然后浸入质量浓度为5％的11-巯基烷二酸的乙醇溶液12小时使条状光学玻璃镀有金膜的部分表面组装11-巯基烷二酸单分子层，取出组装有11-巯基烷二酸单分子层的条状光学玻璃镀依次用乙醇和去离子水冲洗并用氮气吹干；
3)将条状光学玻璃组装有11-巯基烷二酸单分子层的部分浸入EDC/NHS溶液中于室温条件下活化30分钟；用加样器向活化后的11-巯基烷二酸单分子层上滴加33.3mg/L的生物探针水溶液于37℃温育1小时使生物探针与活化后的11-巯基烷二酸单分子层结合以得到生物分子敏感层，然后用pH值＝7.4的PBS缓冲液冲洗干净，接着用质量浓度为1％的BSA溶液封闭，最后再次用pH值＝7.4的PBS缓冲液冲洗，得到探入式表面等离子体共振生物传感器2；其中，EDC/sulfo-NHS水溶液是由体积比为1:1的EDC水溶液和sulfo-NHS水溶液混合而成的，且EDC水溶液的浓度为0.4mol/L，sulfo-NHS水溶液的浓度为0.1mol/L；
4)在条状光学玻璃2的入射光路上安装平行光管1，出射光路上依次安装偏振片3、光纤准直器4以及光纤光谱仪6，且光纤准直器4与光纤光谱仪6利用多模光纤5连接。
基于该便携探入式表面等离子体共振生物传感器的检测方法包括以下步骤：
1)以卤钨灯做光源，制作能够发出直径为6mm的平行光束的平行光管1，
2)将条状光学玻璃2固定有生物探针的部分浸入不同的待测溶液中；平行光束从的入射端进入探入式表面等离子体共振生物传感器2中，在条状光学玻璃2经过多次反射后传输到金属内反射膜7以激发SPR共振，接着平行光束被金属内反射膜7反射，反射光从入射端出射后经偏振片3滤去s偏振光，保留p偏振光，接着通过光纤准直器4以及多模光纤然5后用光纤光谱仪6测量反射光谱，得到SPR共振谱；由于不同的入射角度可使反射光有可能处于如下几种状态：向光源方向反射、向与入射光方向对称的方向反射，部分向光源方向，部分向对称方向。而且不同的入射角度可使SPR共振峰处于不用波长位置。因此，在平行光束从探入式表面等离子体共振生物传感器2中条状光学玻璃的入射端进入探入式表面等离子体共振生物传感器2中时，通过调整进入条状光学玻璃的入射端时的平行光束与条状光学玻璃的入射端法线夹角在25°～40°，使SPR共振波长在600nm，保证这样能够使发射光从入射端出射后向另一方向出射，从而完全进入光谱仪而不是像光纤反射式传感器那样，反射光沿光纤向光源方向传输，通过光纤分路器只能利用反射光的二分之一能量。
图5给出了在EDC/sulfo-NHS水溶液、CLEN-BSA水溶液、block溶液以及anti-CLEN(盐酸克伦特罗)水溶液中的该SPR动态曲线记录了插入不同试管溶液时，敏感膜表面生物分子反应过程。
为了验证不同的折射率得到共振波长是不一样的，本发明若金膜上没有组装生物分子敏感层，然后以此检测不同浓度的丙三醇-水溶液(不同浓度的甘油)的SPR响应，其结果见图3，由图3可以看出，不同浓度的丙三醇-水溶液的SPR相应波长不同。由于不同浓度的甘油溶液的折射率(n)是已知的，所以根据图3a-图3f这组SPR响应曲线，得到不同浓度丙三醇-水溶液的共振波长λ，能够作出如图4a的λ-n的关系曲线，对比图4a和图4b，同样折射率的丙三醇-水溶液，采用带有金属内反射膜、铬膜、金膜的条状光学玻璃的传感器测定的SPR共振峰波长移动δλ远远大于采用经典的棱镜耦合式实验装置的测量结果。
Claims (8)
1.一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：包括横截面为矩形的条状光学玻璃(2)，且条状光学玻璃(2)顶部为入射端，底部为反射端，且作为反射端的底部镀有金属内反射膜(7)，条状光学玻璃(2)底部相对的两个侧面上镀有纳米铬膜，纳米铬膜上镀有金膜，金膜的表面还自组装有生物分子敏感层，生物分子敏感层是将组装在金膜表面的11-巯基烷二酸单分子层用EDC/NHS活化，然后再与生物探针(8)结合得到的；
所述的条状光学玻璃(2)的入射光路上设有平行光管(1)，出射光路上依次设有偏振片(3)、光纤准直器(4)以及与光纤准直器(4)通过多模光纤(5)连接的光纤光谱仪(6)；
其中，平行光管(1)用于提供波长在400～740nm的平行光束；平行光束从条状光学玻璃(2)的顶端入射，在条状光学玻璃(2)中经多次内反射而入射至金膜产生SPR共振；偏振片(3)用于滤去从条状光学玻璃(2)出射的反射光中的s偏振光，保留p偏振光；光纤准直器(4)用于接收p偏振光并产生准直光，光纤光谱仪(6)用于测量SPR共振谱。
2.根据权利要求1所述的便携探入式表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：所述的条状光学玻璃(2)是由K9或B270光学玻璃裁切而成。
3.根据权利要求1所述的便携探入式表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：所述的金属内反射膜(7)的厚度为200～250nm，纳米铬膜的厚度为2nm，金膜的厚度为45～50nm。
4.根据权利要求3所述的便携探入式表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：所述的金属内反射膜(9)为铝膜。
5.一种如权利要求1～4中任意一项权利要求所述的便携探入式表面等离子体共振生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将光学玻璃裁切成条状光学玻璃(2)，然后将条状光学玻璃抛光成光学平面，利用真空镀膜机在条状光学玻璃的底端＝部镀上金属内反射膜(7)；接着在条状光学玻璃底部相对的两个侧面镀上铬膜，在铬膜上镀金膜；
2)将条状光学玻璃镀有金膜的部分浸入由体积比为3:1的浓硫酸和双氧水组成的溶液中进行表面处理，然后浸入11-巯基烷二酸的乙醇溶液使条状光学玻璃镀有金膜的部分表面组装11-巯基烷二酸单分子层；
3)将条状光学玻璃组装有11-巯基烷二酸单分子层的部分浸入EDC/NHS溶液中于室温条件下活化，接着向活化后的11-巯基烷二酸单分子层上滴加生物探针溶液进行温育使生物探针与活化后的11-巯基烷二酸单分子层结合以得到生物分子敏感层，然后冲洗干净，接着用BSA水溶液封闭，最后再次冲洗；
4)在条状光学玻璃(2)的入射光路上安装平行光管(1)，出射光路上依次安装偏振片(3)、光纤准直器(4)以及光纤光谱仪(6)，且光纤准直器(4)与光纤光谱仪(6)利用多模光纤(5)连接。
6.根据权利要求5所述的便携探入式表面等离子体共振生物传感器的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中11-巯基烷二酸的乙醇溶液的质量浓度为5～10％，步骤3)中的EDC/sulfo-NHS水溶液是由体积比为1:1的EDC水溶液和sulfo-NHS水溶液混合而成的，且EDC水溶液的浓度为0.4mol/L，sulfo-NHS水溶液的浓度为0.1mol/L；BSA水溶液的质量浓度为1～5％；步骤3)中冲洗采用pH值＝7.4的PBS缓冲液。
7.一种基于权利要求1所述的便携探入式表面等离子体共振生物传感器的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将条状光学玻璃(2)固定有生物探针的部分浸入待测溶液中；
2)平行光管(1)发出平行光束，平行光束从条状光学玻璃(2)的入射端进入，在探条状光学玻璃(2)内经过多次反射后传输到金属内反射膜(7)以激发SPR共振，接着平行光束被金属内反射膜(7)反射，反射光从入射端出射后经偏振片(3)滤去s偏振光，保留p偏振光，接着通过光纤准直器以及多模光纤然后用光纤光谱仪测量反射光谱，得到SPR共振谱。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述的步骤2)中进入条状光学玻璃的入射端时的平行光束与条状光学玻璃的入射端法线夹角在25°～40°，出射时的反射光与进入条状光学玻璃入射端时的平行光束沿条状光学玻璃入射端法线对称。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104777135A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-07-15 | 中山大学 | 一种全波长局域等离子体谐振传感器及其制备方法 |
| CN109163745A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-08 | 电子科技大学 | 一种基于spr原理传感多参量的检测方法 |
| CN109655515A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-19 | 天津大学 | 一种纳米复合结构修饰的光纤表面等离子共振传感器 |
| CN115372317A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-22 | 天津大学 | 一种便携式光纤表面等离子体共振谱仪 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI940737A (fi) * | 1994-02-16 | 1995-08-17 | Valtion Teknillinen | Laite analyysin suorittamiseksi |
| US5835645A (en) * | 1993-01-11 | 1998-11-10 | University Of Washington | Fiber optic sensor and methods and apparatus relating thereto |
| CN1731180A (zh) * | 2005-09-02 | 2006-02-08 | 清华大学 | 蛋白质芯片的传感方法及其检测系统 |
| CN101769857A (zh) * | 2010-01-06 | 2010-07-07 | 哈尔滨工程大学 | 基于环形芯波导的等离子体谐振式光纤生物传感器 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5835645A (en) * | 1993-01-11 | 1998-11-10 | University Of Washington | Fiber optic sensor and methods and apparatus relating thereto |
| FI940737A (fi) * | 1994-02-16 | 1995-08-17 | Valtion Teknillinen | Laite analyysin suorittamiseksi |
| CN1731180A (zh) * | 2005-09-02 | 2006-02-08 | 清华大学 | 蛋白质芯片的传感方法及其检测系统 |
| CN101769857A (zh) * | 2010-01-06 | 2010-07-07 | 哈尔滨工程大学 | 基于环形芯波导的等离子体谐振式光纤生物传感器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| TAKUO AKIMOTO ET AL.: "A surface plasmon resonance probe without optical fibers as a portable sensing device", 《ANALYTICA CHIMICA ACTA 610》 * |
| TAKUO AKIMOTO ET AL.: "Estimation of sensitivity for refractive index and immunoreaction in a surface plasmon resonance sensor probe", 《ANALYTICA CHIMICA ACTA》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104777135A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-07-15 | 中山大学 | 一种全波长局域等离子体谐振传感器及其制备方法 |
| CN104777135B (zh) * | 2015-03-13 | 2018-06-01 | 中山大学 | 一种全波长局域等离子体谐振传感器及其制备方法 |
| CN109163745A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-08 | 电子科技大学 | 一种基于spr原理传感多参量的检测方法 |
| CN109655515A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-19 | 天津大学 | 一种纳米复合结构修饰的光纤表面等离子共振传感器 |
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