CN104458658A - 基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、偏振分束棱镜(2)、光隔离器(3)、镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)、反应池(5)和光谱分析仪(6)组成；光纤连接宽带光源(1)与偏振分束棱镜(2)，然后再连接光隔离器(3)，镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)放于反应池(5)中，并且分别与光隔离器(3)和光谱分析仪(6)连接。本发明提出采用倾斜光纤光栅作为传感部位，相比于普通的光纤SPR传感器，通过简单改变光源的波长，几乎可以产生以不同角度射向纤芯-包层的任何模式，其共振更容易发生，且共振强度大幅提高，探测信息的能力大幅增强；探测器灵敏度大幅提高，可以用于探测具有更小生物分子的溶液浓度的变化；生物吸附层采用牛血清蛋白，能够更高效、精确的监测蛋白质-蛋白质、抗体-受体的生物蛋白质之间的相互作用过程。
Description
技术领域
本发明提出了一种基于倾斜光纤光栅(Tilted Fiber Bragg Grating，TFBG)表面等离子体共振(Surface plasmon resonance，SPR)生物传感器，该生物传感器引入了倾斜光纤光栅技术，属于光纤传感技术领域。
背景技术
金属的介电常数存在虚部，当光照射在金属上时，根据古斯-汉森位移理论，金属内部会产生沿着内界面向前传输的倏逝波；受外界干扰或者热涨落影响，金属-介质分界面的表面等离子体会产生集体振荡，形成沿金属表面向前传播的表面等离子体波。当倏逝波波矢等于表面等离子体波波矢时，就会产生共振，反射光能量急剧衰减，通过观察光谱仪上光谱峰值的变化，从而推导出被测液体折射率(浓度)的变化，这就是表面等离子体共振理论。
SPR技术在无需标记分子的情况下就可以进行高灵敏度的分子间相互作用的检测，在检测分子与分子相互作用的方面，SPR技术拥有极好的检测能力，由此被广泛用于生物、化学、材料、医药领域。20世纪初，研究者们就提出了两种基于棱镜结构的表面等离子体共振传感器，分别为Otto结构和Kretschmann结构。Kretschmann结构应用尤为广泛，目前国内外生产的SPR传感器也都是基于该结构。但是棱镜结构的SPR传感器存在体积大、制造工艺复杂的问题，目前国内生产的SPR传感器也只能用于实验室，很难普及。商用SPR传感器也是依赖于进口。
光纤SPR传感器作为棱镜结构的改进型具有体积更小、质量更轻、结构更简单的优点。本发明提出采用倾斜光纤光栅作为传感部位，通过简单改变光源的波长，几乎可以产生以不同角度射向纤芯-包层的任何模式，共振更容易发生，且共振强度大幅提高，探测信息的能力大幅增强，探测器灵敏度大幅提高，可以用于探测具有更小生物分子的溶液浓度的变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度的基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器，采用倾斜光纤光栅作为传感部位，该装置能够将待测生物溶液浓度的变化量转化为探测信号相应的光谱峰值的改变量。结构简单，操作简便、灵敏度高等特点。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、偏振分束棱镜(2)、光隔离器(3)、镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)、反应池(5)和光谱分析仪(6)组成；光纤连接宽带光源(1)与偏振分束棱镜(2)，然后再连接光隔离器(3)，镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)放于反应池(5)中，并且分别与光隔离器(3)和光谱分析仪(6)连接。
本发明提出采用倾斜光纤光栅作为传感部位，传感部位长度20mm，相比于普通的光纤SPR传感器，通过简单改变光源的波长，几乎可以产生以不同角度射向纤芯-包层的任何模式，其共振更容易发生，且共振强度大幅提高，探测信息的能力大幅增强；探测器灵敏度大幅提高，可以用于探测具有更小生物分子的溶液浓度的变化；生物吸附层采用牛血清蛋白，能够更高效、精确的监测蛋白质-蛋白质、抗体-受体的生物蛋白质之间的相互作用过程。
本发明的工作原理是：
宽带光源(1)发出不同波长的光，经偏振分束棱镜(2)后产生P偏正光，光隔离器(3)的使用主要是用于消除反射光对光源的影响，光进入镀有金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)后，当反应池(5)内待测溶液的浓度发生变化时，会产生不同强度的表面等离子体共振，最后经光谱分析仪(6)分析透射光谱的变化。通过分析光谱峰值以后变化对应的波长偏移量可以推算出待测溶液浓度的变化。
本发明的有益效果是：因待测液体浓度的变化，镀金膜/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)的传感部位会发生明显的表面等离子体共振，透射光强大幅降低，透射光谱的峰值会出现一个明显的凹槽，对应的微小的波长漂移量能够通过光谱分析仪(6)监测，因此，该装置的探测精度、灵敏度都得到了大幅提高；引入倾斜光纤光栅后，通过改变入射光的偏正方向，光谱可调节范围更大。
附图说明
图1是本发明的一种基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器特征装置示意图；
图2是本发明的倾斜光纤光栅的光谱图；
图3是本发明的倾斜光纤光栅在产生表面等离子体共振时的光谱图。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
参见附图，基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、偏振分束棱镜(2)、光隔离器(3)、镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)、反应池(5)和光谱分析仪(6)组成；光纤连接宽带光源(1)与偏振分束棱镜(2)，然后再连接光隔离器(3)，镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)放于反应池(5)中，并且分别与光隔离器(3)和光谱分析仪(6)连接。
镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅长度为20mm，金膜厚度为50nm，生物吸附层选取牛血清蛋白，厚度为500μm，装置中光纤均采用单模通信光纤SMF28。
Claims (2)
1.基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：由宽带光源(1)、偏振分束棱镜(2)、光隔离器(3)、镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)、反应池(5)和光谱分析仪(6)组成；光纤连接宽带光源(1)与偏振分束棱镜(2)，然后再连接光隔离器(3)，镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅(4)放于反应池(5)中，并且分别与光隔离器(3)和光谱分析仪(6)连接。
2.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振生物传感器，其特征在于：镀金/生物吸附层的倾斜光纤光栅长度为20mm，金膜厚度为50nm，生物吸附层选取牛血清蛋白，厚度为500μm。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20150325 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |