CN107643273B - 一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器 - Google Patents

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本发明公开了一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器，由注射器、橡胶软管、石英套管、空心光子晶体光纤、多模光纤、光纤适配器、光谱分析仪、紫外灯和遮光箱组成；其中空心光子晶体光纤一端包层空气孔塌陷，只留下中心空气孔，空心光子晶体光纤中心空气孔填充有聚集诱导发光生物分子溶液。利用熔接机放电的选择性塌陷工艺，对空心光子晶体光纤实现包层空气孔封闭，并通过压力差法对纤芯空气孔填充含有聚集诱导发光分子的溶液，制成光纤生物传感器；然后采用紫外光侧面激发的方式，在光谱仪中接收荧光信号。分析荧光信号的波长和强度变化，可以得到样品溶液中生物分子信息。为聚集诱导发光生物检测技术提供了一种成本低、信噪比高、灵敏度高的新方法，在生物医学及药物筛选方面具有重要的研究意义。

Description

一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器
技术领域
本发明属于生物检测技术领域，特别涉及一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器。
背景技术
荧光生物探针是分析传感领域强大的工具，它实现了生物被分析物在分子层面上的可视化，其灵敏度由被分析物结合荧光分子前后的荧光亮度与荧光对比度决定。典型的聚集诱导发光荧光分子具有螺旋桨形的旋转子结构，这种结构在溶液中作为单个分子存在时发射微弱的荧光，一旦聚集，则由于分子内的旋转被抑制而表现出强荧光，并且具有分子浓度越高发光越强的特点，克服了传统荧光分子在高浓度或聚集态时发生荧光淬灭的干扰，大大提高了荧光分子对生物被分析物的标记。目前，各研究机构对聚集诱导发光荧光探针的实验研究，主要利用荧光光谱仪和荧光显微镜完成。这两种检测系统的共同缺点是系统造价高、体积大，并且生物被分析物必须脱离生物体本身并置于样品池中方能实现检测，灵活性差。
光纤传感器具有体积小、速度快、实时处理能力强、灵敏度高等诸多优点，特别是光纤材料具有很好的生物亲和性，对活体损伤小，不会引起排斥反应，非常适于生物医学检测及临床医学诊断等应用。由于光纤可将接收到的荧光信号几乎无损失地传送至光谱分析仪中，并且其“封闭”式的光传输通路使荧光信号免受环境光影响，因此，基于光纤的荧光检测技术，具有信噪比高，灵敏度高的优势。随着微加工技术的发展，对微结构光纤中特定空气孔实现选择性填充进一步提高了器件制作的灵活性。微结构光纤灵活的结构及材料参数，可满足任意波段和溶液特性的荧光检测，其良好的设计柔性与制备可控性，在生物传感方面具有良好的应用前景。
发明内容
针对目前基于聚集诱导发光荧光探针的检测主要利用荧光光谱仪和荧光显微镜所造成系统造价高、体积大、灵活性差等不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、体积小、成本低、所需样品少的光纤聚集诱导发光传感装置，其实际检测具有高灵敏度、高信噪比、使用灵活的特点。该全光纤结构传感器件所需溶液为纳升（nL）量级，可以制成高性能传感器。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器，其特征在于：由注射器（1）、橡胶软管（2）、石英套管（3）、空心光子晶体光纤（4）、光纤适配器（5）、多模光纤（6）、光谱分析仪（7）、紫外灯（8）和遮光箱（9）组成；其中空心光子晶体光纤（4）左端包层空气孔塌陷，只留下中心空气孔（10），空心光子晶体光纤（4）内部中心空气孔（10）填充有聚集诱导发光生物分子溶液（11），橡胶软管（2）上端与注射器（1）连接，橡胶软管（2）下端与石英套管（3）上端连接，空心光子晶体光纤（4）左端与石英套管（3）下端连接，右端与光纤适配器（5）左端连接，光纤适配器（5）右端与多模光纤（6）左端连接，多模光纤（6）右端与光谱分析仪（7）连接，遮光箱（9）完全覆盖空心光子晶体光纤（4）和紫外灯（8）。实验具体步骤如下：利用熔接机放电的选择性塌陷工艺，对空心光子晶体光纤（4）一端实现包层空气孔封闭，通过橡胶软管（2）和石英套管（3）搭建填充通道，并通过注射器（1）加压对中心空气孔（10）填充聚集诱导发光生物分子溶液（11），制成光纤生物传感器；然后采用紫外光侧面激发填充区域的方式，在光谱仪（7）中接收荧光信号。分析荧光信号的波长和强度变化，可以得到样品溶液中生物分子信息。
所述的空心光子晶体光纤（4）是丹麦NKT公司的HC-532-02型光纤。
所述的紫外灯（8）出光波长为365nm。
所述的橡胶软管（2）、石英套管（3）和空心光子晶体光纤（4）之间的接口以AB胶进行密封。
所述遮光箱（9）为塑料材质，用于完全隔绝环境光对实验的影响。
本发明的工作原理是：当空心光子晶体光纤（4）纤芯被液体填充时，纤芯有效折射率高于包层有效折射率/>，导光机制由光子带隙型转变为折射率引导型，导光波段扩展并涵盖了荧光光谱区，同时，液芯周围的石英薄壁形成对生物荧光分子的物理限制，使出射的荧光光场与液芯模场重叠，大大提高了荧光材料与液芯模场的相互作用。荧光出射方向角（/>）大于全反射临界角（/>）的荧光能够在液芯中无损耗地传播，而/>由纤芯和包层的有效折射率确定：
（1）
上式也反映当液芯有效折射率较高时，所确定的全反射临界角/>较小，将会有更多的荧光能量可以耦合成为液芯传导模式，荧光的检测灵敏度更高。此时，利用紫外灯（8）以侧面泵浦的方式对填充至纤芯区域的聚集诱导发光生物分子溶液（11）进行荧光激发，满足全反射条件的纤芯出射荧光耦合成为选择填充空心光子晶体光纤的传导模式，并以机械连接的方式将出射荧光传输到光谱分析仪中进行探测接收。
本发明采用机械连接的方式将空心光子晶体光纤（4）中的荧光耦合到多模光纤内，目的在于增加系统的灵活性和光纤生物传感器的复用性，同时也加强了整个光纤系统的强度。
本发明的有益效果是：提出将全光纤结构传感系统应用到聚集诱导发光生物检测技术中，将光子晶体光纤中心空气孔（10）作为聚集诱导发光溶液微流通道，出射的荧光场与光纤传输模的模场重合，大大提高了荧光与光纤的耦合效率，提升检测灵敏度的同时将所需样品量减少至纳升(nL)量级，为聚集诱导发光生物检测技术提供了一种成本低、信噪比高、灵敏度高的新方法，在生物医学及药物筛选方面具有重要的研究意义。
附图说明
图1是本发明的一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器特征装置示意图。
图2是本发明测量不同浓度聚集诱导发光溶液的荧光光谱变化图。
图3是本发明测量不同浓度聚集诱导发光溶液的荧光光强趋势图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见附图1，一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器，其特征在于：由注射器（1）、橡胶软管（2）、石英套管（3）、空心光子晶体光纤（4）、多模光纤（5）、光纤适配器（6）、光谱分析仪（7）、紫外灯（8）和遮光箱（9）组成；其中空心光子晶体光纤（4）左端包层空气孔塌陷，只留下中心空气孔（10），空心光子晶体光纤（4）内部中心空气孔（10）填充有聚集诱导发光生物分子溶液（11），橡胶软管（2）上端与注射器（1）连接，橡胶软管（2）下端与石英套管（3）上端连接，空心光子晶体光纤（4）上端与石英套管（3）下端连接，右端与光纤适配器（6）左端连接，光纤适配器（6）右端与多模光纤（5）左端连接，多模光纤（5）右端与光谱分析仪（7）连接，遮光箱（9）完全覆盖空心光子晶体光纤（4）和紫外灯（8）。
橡胶软管（2），石英套管（3），空心光子晶体光纤（4）的连接，采用AB胶水进行密封，静置24小时确保完全密封。使用注射器（1）产生稳定的压力差将聚集诱导发光生物分子溶液（10）缓慢填充入空心光子晶体光纤（4）的中心空气孔（9）内。空心光子晶体光纤（4）的选择性塌陷，采用藤仓FSM80S光纤熔接机，程序设置为单模熔接，放电时间设置为100ms，放电量设置为-95bit。

Claims (3)

1.一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器，其特征在于：由注射器(1)、橡胶软管(2)、石英套管(3)、空心光子晶体光纤(4)、光纤适配器(5)、多模光纤(6)、光谱分析仪(7)、紫外灯(8)和遮光箱(9)组成；其中空心光子晶体光纤(4)左端包层空气孔塌陷，只留下中心空气孔(10)，空心光子晶体光纤(4)内部中心空气孔(10)填充有聚集诱导发光生物分子溶液(11)，橡胶软管(2)上端与注射器(1)连接，橡胶软管(2)下端与石英套管(3)上端连接，空心光子晶体光纤(4)左端与石英套管(3)下端连接，右端与光纤适配器(5)左端连接，光纤适配器(5)右端与多模光纤(6)左端连接，多模光纤(6)右端与光谱分析仪(7)连接，遮光箱(9)完全覆盖空心光子晶体光纤(4)和紫外灯(8)；其中，所述的空心光子晶体光纤(4)只留下中心空气孔(10)是通过熔接机放电塌陷法实现包层空气孔封闭而得到；
当空心光子晶体光纤(4)纤芯被液体填充时，纤芯有效折射率高于包层有效折射率导光机制由光子带隙型转变为折射率引导型，导光波段扩展并涵盖了荧光光谱区，同时，液芯周围的石英薄壁形成对生物荧光分子的物理限制，使出射的荧光光场与液芯模场重叠，大大提高了荧光材料与液芯模场的相互作用；荧光出射方向角ψ大于全反射临界角ψ0的荧光能够在液芯中无损耗地传播，而ψ0由纤芯和包层的有效折射率确定：
上式也反映当液芯有效折射率较高时，所确定的全反射临界角ψ0较小，将会有更多的荧光能量可以耦合成为液芯传导模式，荧光的检测灵敏度更高；此时，利用紫外灯(8)以侧面泵浦的方式对填充至纤芯区域的聚集诱导发光生物分子溶液(11)进行荧光激发，满足全反射条件的纤芯出射荧光耦合成为选择填充空心光子晶体光纤的传导模式，并以机械连接的方式将出射荧光传输到光谱分析仪中进行探测接收。
2.根据权利要求1所述的一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器，其特征在于：所述的空心光子晶体光纤(4)是丹麦NKT公司的HC-532-02型光纤。
3.根据权利要求1所述的一种基于空心光子晶体光纤的聚集诱导发光生物传感器，其特征在于：所述的紫外灯(8)出光波长为365nm。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111077119A (zh) * 2018-10-22 2020-04-28 中国计量大学 一种基于空心光子晶体光纤的荧光化合物微流检测器
CN109709453B (zh) * 2018-12-27 2021-06-04 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种紫外光超声波复合电弧放电检测系统
CN110274884A (zh) * 2019-06-28 2019-09-24 天津理工大学 基于微结构光纤中微流控光热的生物分子传感器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995012138A1 (en) * 1993-10-29 1995-05-04 Harold Frederick Eastgate Liquid core optical waveguide
US6813427B1 (en) * 1998-12-29 2004-11-02 University Of South Florida Fluorescence based liquid core waveguide
CN101251616A (zh) * 2008-01-02 2008-08-27 深圳大学 一种空芯光子晶体光纤及利用该光纤的光谱测量装置
CN102507520A (zh) * 2011-11-03 2012-06-20 常州博世伟业生物科技有限公司 一种液芯波导荧光检测装置
CN102590932A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 天津理工大学 一种新型结构的掺杂液晶光子晶体光纤传感模型
JP2013053911A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Furukawa Electric Advanced Engineering Co Ltd 蛍光測定装置、蛍光測定用ウェル、蛍光測定方法
CN103063645A (zh) * 2013-01-04 2013-04-24 南开大学 基于新型微结构光纤的高效荧光检测
CN103630973A (zh) * 2013-12-17 2014-03-12 哈尔滨理工大学 液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10101209B2 (en) * 2012-04-30 2018-10-16 Finesse Solutions, Inc. Method and apparatus for quantifying solutions comprised of multiple analytes

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995012138A1 (en) * 1993-10-29 1995-05-04 Harold Frederick Eastgate Liquid core optical waveguide
US6813427B1 (en) * 1998-12-29 2004-11-02 University Of South Florida Fluorescence based liquid core waveguide
CN101251616A (zh) * 2008-01-02 2008-08-27 深圳大学 一种空芯光子晶体光纤及利用该光纤的光谱测量装置
JP2013053911A (ja) * 2011-09-02 2013-03-21 Furukawa Electric Advanced Engineering Co Ltd 蛍光測定装置、蛍光測定用ウェル、蛍光測定方法
CN102507520A (zh) * 2011-11-03 2012-06-20 常州博世伟业生物科技有限公司 一种液芯波导荧光检测装置
CN102590932A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 天津理工大学 一种新型结构的掺杂液晶光子晶体光纤传感模型
CN103063645A (zh) * 2013-01-04 2013-04-24 南开大学 基于新型微结构光纤的高效荧光检测
CN103630973A (zh) * 2013-12-17 2014-03-12 哈尔滨理工大学 液芯光纤与石英光纤耦合装置的制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于液芯光纤的激光诱导荧光检测装置的研制及应用;樊颖锋等;分析试验室;第27卷(第05期);第118-122页 *

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