CN113049821A - 一种癌症标记物检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种癌症标记物检测装置，包括光源模块、起偏器、偏振控制器、传感器探头、光谱仪以及处理模块，传感器探头是光纤光栅传感器，光纤光栅传感器包括倾斜光纤光栅段，倾斜光纤光栅段的表面覆盖有金膜，金膜的表面设置有抗原层。本技术方案利用光纤光栅传感器作为传感器探头，同时在光纤光栅传感器的表面设置有覆盖抗原层的金膜，当待测体患有癌症时，从待测体得到的血清溶液中的抗体就会与抗原层发生反应，使得光纤光栅传感器的表面折射率发生变化，从而影响光谱仪接收到光束的光谱，以该光谱作为依据即可判断从待测体得到的血清溶液中的是否含有抗体，现有技术而言，操作简单，而且不会对人体造成任何影响。

Description

一种癌症标记物检测装置
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，更具体地说涉及一种基于光纤光栅传感器的癌症标记物检测装置。
背景技术
食管癌是比较常见的恶性肿瘤之一，发生于食管的上皮组织，其发病受遗传、饮食习惯。生活环境等因素的影响。食管癌在我国呈现地域性高发的分布特点，因此筛查和发现癌前病变病例，给予及时地阻断性预防治疗对于降低食管癌的发病率和死亡率具有非常重要的意义。
传统的测量手段有食管内窥镜筛选和食管拉网细胞学检查等现场筛查方法。传统的现场筛查方法有很多的局限性，对短时间内的生活造成较大的影响，测试操作过于繁琐，对于某些患者容易带来一定的危险，因此需要一种简单便捷的、针对癌症检测的装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于光纤光栅传感器的癌症标记物检测装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种癌症标记物检测装置，包括：
光源模块，用于输出检测用光线；
起偏器，其输入端与所述光源模块相连接，用于将检测用光线转换成偏振光线；
偏振控制器，其输入端与所述起偏器的输出端相连接，用于调整输入的偏振光线的偏振态；
传感器探头，其输入端与所述偏振控制器的输出端相连接；
光谱仪，其输入端与所述传感器探头的输出端相连接；
处理模块，与所述光谱仪相连接；
所述光源模块与所述起偏器之间、所述起偏器与所述偏振控制器之间、所述偏振控制器与所述传感器探头之间、所述传感器探头与所述光谱仪之间，均通过光纤相连接；
所述传感器探头是光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器包括倾斜光纤光栅段，所述倾斜光纤光栅段的表面覆盖有金膜，所述金膜的表面设置有通过化学方法修饰的、与癌症标记物相匹配的抗原层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述处理模块包括：
设置单元，用于设置检测时长以及检测频率；
接收单元，用于获取所述光谱仪传输的所述光纤光栅传感器在不同包层模式下输出的偏振光线的强度参数以及波长参数；
标定单元，用于根据所述光纤光栅传感器在各个包层模式下输出的偏振光线的强度参数以及波长参数标定癌症抗体浓度的时间变化率；
计算单元，用于根据各个所述时间变化率计算平均值。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光纤光栅传感器中所述倾斜光纤光栅段的长度为10mm至20mm，所述倾斜光纤光栅段内的倾斜光栅的倾斜角度为8度至18度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述倾斜光纤光栅段中的倾斜光栅是通过准分子激光器以及相位掩膜版方法写制而成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述金膜的厚度为40nm，所述金膜是利用喷金溅射仪将其设置在所述光纤光栅传感器的所述倾斜光纤光栅段上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光源模块输出的检测用光线的波长为1480nm至1620nm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述光谱仪的分辨率为0.1nm，频率为200Hz，采样点为2001pt，波长为1480nm至1620nm。
本发明的有益效果是：本技术方案利用光纤光栅传感器作为传感器探头，同时在光纤光栅传感器的表面设置有覆盖抗原层的金膜，当待测体患有癌症时，从待测体得到的血清溶液中的抗体就会与抗原层发生反应，使得光纤光栅传感器的表面折射率发生变化，从而影响光谱仪接收到光束的光谱，以该光谱作为依据即可判断从待测体得到的血清溶液中的是否含有抗体，从而进一步识别出待测体是否患有癌症；本技术方案相对于现有技术而言，操作简单，而且不会对人体造成任何影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中对光纤光栅传感器中金膜进行处理的步骤示意图。
附图标记说明：
100、倾斜光纤光栅段，200、金膜，300、抗原层。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本申请公开了一种癌症标记物检测装置，其第一实施例，包括：
光源模块，用于输出检测用光线；
起偏器，其输入端与所述光源模块相连接，用于将检测用光线转换成偏振光线；
偏振控制器，其输入端与所述起偏器的输出端相连接，用于调整输入的偏振光线的偏振态；
传感器探头，其输入端与所述偏振控制器的输出端相连接；
光谱仪，其输入端与所述传感器探头的输出端相连接；
处理模块，与所述光谱仪相连接；
所述光源模块与所述起偏器之间、所述起偏器与所述偏振控制器之间、所述偏振控制器与所述传感器探头之间、所述传感器探头与所述光谱仪之间，均通过光纤相连接；
所述传感器探头是光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器包括倾斜光纤光栅段100，所述倾斜光纤光栅段100的表面覆盖有金膜200，所述金膜200的表面设置有通过化学方法修饰的、与癌症标记物相匹配的抗原层300，其中所述金膜200主要用于在所述倾斜光纤光栅段100表面形成等离子共振，令光谱仪吸收光束的光谱产生吸收峰，外界环境改变时，该吸收峰对应的波长也会随之发生改变。
具体地，本实施例中利用所述光纤光栅传感器作为传感器探头，同时在所述光纤光栅传感器的表面设置有覆盖抗原层300的金膜200，当待测体患有癌症时，从待测体得到的血清溶液中的抗体就会与抗原层300发生反应，使得所述光纤光栅传感器的表面折射率发生变化，从而影响光谱仪接收到光束的光谱，以该光谱作为依据即可判断从待测体得到的血清溶液中的是否含有抗体，从而进一步识别出待测体是否患有癌症；本实施例相对于现有技术而言，操作简单，而且不会对人体造成任何影响。
实际应用中，所述光源模块输出的检测用光线，先后经过所述起偏器以及所述偏振控制器传输至所述光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器产生的包层膜耦合至表面的金膜200，激发表面等离子体共振，所述光纤光栅传感器将含有等离子体共振波的光束输入到所述光谱仪中，在所述光谱仪显示的光谱中可观察到纤芯模和表面等离子体共振区域附近包层模波长与强度的变化，当待测体患有癌症时，从待测体得到的血清溶液中的抗体就会与抗原层300发生反应，使得所述光纤光栅传感器的表面折射率发生变化，导致所述光谱仪显示的光谱中观察到的纤芯模和表面等离子体共振区域附近包层模波长与强度产生变化。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，本实施例中，具体是利用化学方法设置将所述抗原层300设置在所述金膜200表面，其具体包括以下步骤：
步骤1，分别利用酒精，丙酮，去离子水清洗表面镀金膜200的倾斜光纤光栅段1005-6次，保证倾斜光纤光栅段100表面足够清洁干净；
步骤2，用PBS缓冲液配置浓度为2mmol/L的11-巯基十一烷酸溶液，并且将清洗后的倾斜光纤光栅段100放置于11-巯基十一烷酸溶液中24个小时，使金膜200与11-巯基十一烷酸溶液中的硫基之间形成AU-S键而结合；
步骤3，用PBS缓冲液冲洗经过硫基化的倾斜光纤光栅段1005-6次，把没有彻底结合的11-巯基十一烷酸冲洗掉，然后将倾斜光纤光栅段100置于0.1mmol/L的NHS溶液和0.2mmol/L的EDC溶液混合溶液中，其目的是使活化附着在金膜200表面的11-巯基十一烷酸的羧基；
步骤4，分别将羧基化的倾斜光纤光栅段100置于PBS缓冲液中，缓冲液由多种不同浓度的癌症标志物抗原构成，通过抗原的氨基与金膜200表面的羧基发生缩合反应，分别将不同的癌症标志物抗原以最优的比例修饰在倾斜光纤光栅段100的表面。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述处理模块包括：
设置单元，用于设置检测时长以及检测频率，具体将检测时长设置为3分钟至5分钟，将检测频率设置为每隔10秒进行一次数据采集；
接收单元，用于获取所述光谱仪传输的所述光纤光栅传感器在不同包层模式下输出的偏振光线的强度参数以及波长参数；
标定单元，用于根据所述光纤光栅传感器在各个包层模式下输出的偏振光线的强度参数以及波长参数标定癌症抗体浓度的时间变化率；
计算单元，用于根据各个所述时间变化率计算平均值。
本实施例具体的操作过程如下，首先将传感器探头浸入含有癌症抗体的PBS缓冲液中，每间隔10秒扫描一次光谱并记录光谱数据，记录3～5分钟数据，由于血清溶液中还有癌症抗体，因此在传感器探头的表面与抗原层300发生特异性反应，导致传感器探头表面的折射率发生变化，使光谱仪中探测到的吸收峰附近包层模式产生强度和波长的变化；之后通过区域内极小值和寻峰算法选取吸收峰标志附近能量最低模式右边紧邻的三个包层模式，分别标定单个包层模式的强度和波长针对不同癌症抗体浓度的时间变化率，并计算平均值。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述光纤光栅传感器中所述倾斜光纤光栅段100的长度为10mm至20mm，所述倾斜光纤光栅段100内的倾斜光栅的倾斜角度为8度至18度。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述倾斜光纤光栅段100中的倾斜光栅是通过准分子激光器以及相位掩膜版方法写制而成。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述金膜200的厚度为40nm，所述金膜200是利用喷金溅射仪将其设置在所述光纤光栅传感器的所述倾斜光纤光栅段100上。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述光源模块输出的检测用光线的波长为1480nm至1620nm。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述光谱仪的分辨率为0.1nm，频率为200Hz，采样点为2001pt，波长为1480nm至1620nm。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种癌症标记物检测装置，其特征在于：包括：
光源模块，用于输出检测用光线；
起偏器，其输入端与所述光源模块相连接，用于将检测用光线转换成偏振光线；
偏振控制器，其输入端与所述起偏器的输出端相连接，用于调整输入的偏振光线的偏振态；
传感器探头，其输入端与所述偏振控制器的输出端相连接；
光谱仪，其输入端与所述传感器探头的输出端相连接；
处理模块，与所述光谱仪相连接；
所述光源模块与所述起偏器之间、所述起偏器与所述偏振控制器之间、所述偏振控制器与所述传感器探头之间、所述传感器探头与所述光谱仪之间，均通过光纤相连接；
所述传感器探头是光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器包括倾斜光纤光栅段，所述倾斜光纤光栅段的表面覆盖有金膜，所述金膜的表面设置有通过化学方法修饰的、与癌症标记物相匹配的抗原层。
2.根据权利要求1所述的一种癌症标记物检测装置，其特征在于：所述处理模块包括：
设置单元，用于设置检测时长以及检测频率；
接收单元，用于获取所述光谱仪传输的所述光纤光栅传感器在不同包层模式下输出的偏振光线的强度参数以及波长参数；
标定单元，用于根据所述光纤光栅传感器在各个包层模式下输出的偏振光线的强度参数以及波长参数标定癌症抗体浓度的时间变化率；
计算单元，用于根据各个所述时间变化率计算平均值。
3.根据权利要求1所述的一种癌症标记物检测装置，其特征在于：所述光纤光栅传感器中所述倾斜光纤光栅段的长度为10mm至20mm，所述倾斜光纤光栅段内的倾斜光栅的倾斜角度为8度至18度。
4.根据权利要求3所述的一种癌症标记物检测装置，其特征在于所述倾斜光纤光栅段中的倾斜光栅是通过准分子激光器以及相位掩膜版方法写制而成。
5.根据权利要求1所述的一种癌症标记物检测装置，其特征在于：所述金膜的厚度为40nm。
6.根据权利要求1所述的一种癌症标记物检测装置，其特征在于：所述光源模块输出的检测用光线的波长为1480nm至1620nm。
7.根据权利要求1所述的一种癌症标记物检测装置，其特征在于：所述光谱仪的分辨率为0.1nm，频率为200Hz，采样点为2001pt，波长为1480nm至1620nm。
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