CN118150494A - 一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台 - Google Patents
一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118150494A CN118150494A CN202410334790.0A CN202410334790A CN118150494A CN 118150494 A CN118150494 A CN 118150494A CN 202410334790 A CN202410334790 A CN 202410334790A CN 118150494 A CN118150494 A CN 118150494A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- interference
- spr
- optical
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 196
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 106
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 57
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 38
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 31
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 23
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 18
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 10
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 6
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004166 bioassay Methods 0.000 claims 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims 1
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000003018 immunoassay Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 102000018697 Membrane Proteins Human genes 0.000 description 2
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 2
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 2
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000004867 photoacoustic spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000007877 drug screening Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011898 label-free detection Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001834 photoacoustic spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，涉及生物检测技术领域，包括：卤素光源、多路光开关、光纤光谱仪、多路Y型光纤、多路光纤探针、温度与运动平台、计算机；其中，卤素光源、光纤光谱仪分别通过光纤与多光路开关连接；多路光开关、多路Y型光纤、多路光纤探针依次连接；所述计算机分别与光纤光谱仪、卤素光源、多路光开关、温度与运动平台连接；本发明可同时分析微型光纤传感器的等离子共振特性和干涉特性，为生物分子检测提供了一种更为高效、可靠、高灵敏度、高特异性的技术手段，并在相关领域的研究和应用中展示了巨大的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台。
背景技术
目前，生物传感器已经被广泛应用于临床医学、药物检测、食品安全和气体检测等诸多领域，开发出具有高灵敏度、高重复性、快速，简便、生物分子检测平台是具有相当重要的意义的。常用的基于光学的生物分子检测技术有以下几种：表面等离子共振(SurfacePlasmon Resonance，SPR)：通过利用光的表面等离子共振现象，检测生物分子与金属表面之间的相互作用。SPR技术可以实时、无标记的检测分子的结合动力学和亲和力。荧光免疫分析(Fluorescence Immunoassay)：通过与特定抗原或抗体结合的荧光标记物，通过测量荧光信号的强度来检测目标生物分子的存在。荧光免疫分析具有高灵敏度和高选择性的特点。表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，SERS)：通过纳米结构表面的共振增强效应，增强目标分子的拉曼散射信号，从而进行检测。SERS技术对于低浓度分子的检测具有高灵敏度和高分辨率的特点。光声光谱(Photoacoustic Spectroscopy)：通过将激光光脉冲辐射到样本中，产生光声信号，再通过分析光声信号的幅度和频率来检测目标生物分子。光声光谱技术可以实现无标记、无损伤、高灵敏度的检测。光学显微镜技术：包括荧光显微镜、共聚焦显微镜、多光子显微镜等，通过观察样品中特定标记物的荧光信号或显微镜图像来检测生物分子的存在和空间分布。
这些技术在生物医学研究、药物筛选、疾病诊断等领域得到广泛应用，具有高灵敏度、高选择性和非破坏性等优点。根据具体的需求和实验条件，选择适合的技术可以实现准确和可靠的生物分子检测。
相比于传统的生物检测技术，基于光纤的生物传感器特点是不仅具有超高的灵敏度、快速的响应时间、实时检测和无需荧光标记，而且使用干涉技术以及表面等离子共振(surfaceplasmonresonance,SPR)技术的光纤传感器已经成为研究化学和生物化学的重要工具。
光纤干涉传感器是一种基于光纤干涉原理的传感器，通过测量光强或相位变化来实现对物理量的检测。干涉型光纤传感器利用光的干涉现象实现对环境参数的测量。光源通过一根光纤输出一束光，在光纤内反射并在两个反射层分别反射两束光，然后再将两束光重新合并，通过光的干涉现象实现测量。当环境参数发生变化时，例如温度、压力、应力等，会导致光纤的长度或折射率发生变化，从而引起干涉信号的变化。通过检测干涉信号的变化，可以获得环境参数的信息。它具有高灵敏度、远程监测、抗电磁干扰等优势，已在许多领域得到广泛应用。
SPR光纤传感器按照检测模式主要分为波长调制式、角度调制式、相位调制式和强度调制式等。在强度调制SPR中，SPR共振角的变化可以通过SPR角度或光谱响应曲线的线性区域的反射率变化来监测，这就需要固定激发光的入射角和波长，并对其进行优化以获得最佳的灵敏度(10-5RIU)，但相比于其他调制技术灵敏度是相对较差的。一般的结合光纤的表面等离子共振生物传感器均使用波长调制式技术，这种类型的SPR检测系统通常是单通道的，所以在应对检测环境比较复杂，待检测因素较多时，无法准确检测待检测因素或者检测效率低下。所以此类传感器很少具有多通道检测的能力并且同时具有高灵敏度、高重复性、快速，简便、特异性检测能力。
因此，如何充分利用各个检测模式进行准确、高效地检测生物分子是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其是一种同时适用于等离子共振(SPR)与干涉技术的双模式光纤生物检测平台，具有多通道系统，用于高灵敏度、高选择性生物分子检测。该光纤生物检测平台可同时分析微型光纤传感器的等离子共振特性和干涉特性，为生物分子检测提供了一种更为高效、可靠的技术手段，并在相关领域的研究和应用中展示了巨大的潜力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，包括：卤素光源、多路光开关、光纤光谱仪、多路Y型光纤、多路光纤探针、温度与运动平台、计算机；其中，卤素光源、光纤光谱仪分别通过光纤与多光路开关连接；多路光开关、多路Y型光纤、多路光纤探针依次连接；所述计算机分别与光纤光谱仪、卤素光源、多路光开关、温度与运动平台连接；
卤素光源通过光纤发射复合光，经由多路光开关，输入光信号进入多路Y型光纤，而后连接至多路光纤探针，入射光线进入光纤探针后，在光纤探针中发生等离子共振现象或者干涉现象，并通过温度与运动平台，使光纤探针与生物组织样品接触，产生反射光线；经过多路Y型光纤将反射光线传输至光纤光谱仪，从而输出复合光谱，通过计算机读取共振光谱，进行生物分子检测分析。
可选的，所述多路光纤探针包括基于SPR的光纤探针装置；
所述基于SPR的光纤探针装置包括SPR探针部与SPR检测部；其中SPR探针部用来传输SPR光信号，SPR检测部用来检测由于生物分子层结合而引发的SPR共振信号的变化。
可选的，所述SPR探针部包括SPR连接端口、SPR光纤芯层、SPR光纤包层；
SPR连接端口，用于与多路Y型光纤连接；
SPR光纤芯层，用于传输光信号；
SPR光纤包层，包裹在光纤芯层外部的保护层，用于保护光纤芯层。
可选的，SPR检测部包括端面Au反射器、Au膜及其结合的SPR生物分子层，
端面Au反射器，在光纤端面上涂覆有Au反射器，用于反射光信号；
Au膜，在检测部的表面涂覆有Au薄膜，用于表面等离子共振的产生；
SPR生物分子层，生物分子被固定在Au膜上，用于与待检测的生物分子发生结合或者反应。
可选的，所述多路光纤探针还包括基于干涉原理的光纤探针装置；基于干涉原理的光纤探针装置端面包括干涉探针部与干涉检测部；干涉探针部用来传输光信号；干涉检测部用来检测生物分子结合引起的干涉信号的变化，从而判断被检测组织内是否存在目标生物分子。
可选的，干涉探针部包括干涉连接端口、干涉光纤芯层、干涉光纤包层；
干涉连接端口，用于与多路Y型光纤连接；
干涉光纤芯层，用于传输光信号；
干涉光纤包层，包裹在光纤芯层外部的保护层，用于保护光纤芯层。
可选的，干涉检测部包括Ta2O5镀层、端面SiO2膜及其结合的干涉生物分子层；
Ta2O5镀层，在光纤内部涂覆有Ta2O5镀层，用于增强干涉效应；
端面SiO2膜，在光纤端面涂覆有SiO2膜，用于反射光信号和产生干涉效应；
干涉生物分子层，生物分子被固定在SiO2膜上，用于与待检测的生物分子发生结合或者反应。
可选的，所述多路Y型光纤是使用固定耦合比或者可调耦合比输入输出光信号；通过将多路入射光光路与出射光光路分离，实现入射光与出射光从光纤同一端输入输出。
可选的，所述基于SPR的光纤探针装置是由多模-单模光纤熔接组成。
可选的，基于干涉原理的光纤探针装置由多模-Ta2O5-SiO2电镀组成。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于高灵敏度、高选择性生物分子检测的光纤生物检测平台，具有以下有益效果：
综合分析：集成两种技术可以提供更加全面的生物检测信息。SPR技术可以实时监测生物分子的吸附和解吸过程，提供关于生物反应动力学的实时数据，并且可以提供更高的灵敏度。而干涉生物检测技术具有更广泛的检测范围，可以检测到更广泛的生物分子种类。
空间节省：将两种技术模式的光纤探针集成在同一个光学检测平台上，减少设备的复杂性。传统上，SPR和干涉生物检测需要使用两套独立的仪器和传感装置。而通过集成技术，可以将两种检测原理的探针在同一平台，使得装置更加紧凑和便携，方便在多种场景下使用。
检测准确度：使用两种技术的光纤传感器，可以按照需求的不同配合使用，并且减轻检测过程中非特异性吸附对检测准确度造成的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的生物检测平台结构示意图；
图2a附图为本发明提供的基于SPR的光纤探针装置的基本结构及膜层图；
图2b附图为本发明提供基于干涉原理的光纤探针装置基本结构及膜层图；
图3a附图为本发明提供的基于SPR的光纤探针装置的熔接结构图；
图3b附图为本发明提供的基于干涉原理的光纤探针装置的熔接结构图；
图4附图为本发明提供的Y型光纤结构示意图；
图5附图为本发明提供的实体肿瘤检测测试原理图；
图6a附图为本发明提供的小鼠肿瘤蛋白基于SPR的光纤探针装置检测结果图；
图6b附图为本发明提供的小鼠肿瘤蛋白基于干涉原理的光纤探针装置检测结果图；
图7附图为本发明提供的系统检测流程图；
其中，1-SPR探针部；2-SPR检测部；3-SPR连接端口；4-SPR光纤包层；5-SPR光纤芯层；6-Au膜；7-Au反射器、8-SPR生物分子层；9-干涉探针部；10-干涉检测部；11-干涉连接端口；12-干涉光纤包层；13-干涉光纤芯层；14-Ta2O5镀层；15-SiO2膜；16-干涉生物分子层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，如图1所示，包括：卤素光源、多路光开关、光纤光谱仪、多路Y型光纤、多路光纤探针、温度与运动平台、计算机；其中，卤素光源、光纤光谱仪分别通过光纤与多光路开关连接；多路光开关、多路Y型光纤、多路光纤探针依次连接；计算机分别与光纤光谱仪、卤素光源、多路光开关、温度与运动平台连接；
卤素光源通过光纤发射复合光，经由多路光开关，输入光信号进入多路Y型光纤，而后连接至多路光纤探针，入射光线进入光纤探针后，在光纤探针中发生等离子共振现象或者干涉现象，并通过温度与运动平台，使光纤探针与生物组织样品接触，产生反射光线；经过多路Y型光纤将反射光线传输至光纤光谱仪，从而输出复合光谱，通过计算机读取共振光谱，进行生物分子检测分析。
在一个具体的实施例中，多路光纤探针包括基于SPR的光纤探针装置；
如图2a所示，基于SPR的光纤探针装置包括SPR探针部1与SPR检测部2；其中SPR探针部1用来传输SPR光信号，SPR检测部2用来检测由于生物分子层结合而引发的SPR共振信号的变化。
SPR探针部1包括SPR连接端口3、SPR光纤芯层5、SPR光纤包层4；
SPR连接端口3，用于与多路Y型光纤连接；
SPR光纤芯层5，用于传输光信号；
SPR光纤包层4，包裹在光纤芯层5外部的保护层，用于保护光纤芯层5。
SPR检测部2包括端面Au反射器7、Au膜6及其结合的SPR生物分子层8；
端面Au反射器7，在光纤端面上涂覆有Au反射器7，用于反射光信号；
Au膜6，在检测部的表面涂覆有Au薄膜，用于表面等离子共振的产生；
SPR生物分子层8，生物分子被固定在Au膜6上，用于与待检测的生物分子发生结合或者反应。
基于SPR的光纤探针装置(又叫基于SPR的光纤生物传感器)的核心部分是光纤包层4；通过在光纤包层4表面引入金属纳米材料如金、银等，形成等离子共振介质。这种等离子共振介质具有特定的光学特性，当被测介质中的生物分子与等离子共振介质相互作用时，会引起共振效应，导致光的反射和透射特性的变化。通过检测反射光或透射光的变化，可以实现对生物分子的定量分析和检测。当被测介质中的生物分子与等离子共振介质相互作用时，引起的共振效应会导致光谱的变化。
在一个具体的实施例中，多路光纤探针还包括基于干涉原理的光纤探针装置；如图2b所示，基于干涉原理的光纤探针装置端面包括干涉探针部9与干涉检测部10；干涉探针部9用来传输光信号；干涉检测部10用来检测生物分子结合引起的干涉信号的变化，从而判断被检测组织内是否存在目标生物分子。
干涉探针部9包括干涉连接端口11、干涉光纤芯层13、干涉光纤包层12；
干涉连接端口11，用于与多路Y型光纤连接；
干涉光纤芯层13，用于传输光信号；
干涉光纤包层12，包裹在光纤芯层13外部的保护层，用于保护光纤芯层13。
干涉检测部10包括Ta2O5镀层14、端面SiO2膜15及其结合的干涉生物分子层16；
Ta2O5镀层14，在光纤内部涂覆有Ta2O5镀层14，用于增强干涉效应；
端面SiO2膜15，在光纤端面涂覆有SiO2膜15，用于反射光信号和产生干涉效应；
干涉生物分子层16，生物分子被固定在SiO2膜15上，用于与待检测的生物分子发生结合或者反应。
基于干涉原理的光纤探针装置(又叫基于干涉原理的光纤生物传感器)是该光纤生物检测平台中的另一个重要检测模式。通过在光纤的内部以及一端引入一定厚度的反射层形成干涉结构。当反射光经过这个干涉结构后，被测介质中的生物分子与光学端面光学层相互作用，会发生干涉现象，形成干涉光谱。通过检测干涉光谱的变化，可以实现对生物分子的快速、高灵敏度的检测。
在一个具体的实施例中，多路Y型光纤是使用固定耦合比或者可调耦合比输入输出光信号；入射光与出射光传感信号输出均使用MA9HD5接口形式，Y型光纤结构如图4所示。通过将多路入射光光路与出射光光路分离，实现入射光与出射光从光纤同一端输入输出；且实现这两种光路之间互不干扰，降低输出光信号的噪音。
在一个具体的实施例中，如图3a所示，基于SPR的光纤探针装置是由多模-单模光纤熔接组成。如图3b所示，基于干涉原理的光纤探针装置由多模-Ta2O5-SiO2电镀组成。
在一个具体的实施例中，如图7所示，生物检测平台的基本光路以及检测流程为：卤素光源通过一根发射光纤发射一定波长的复合光，经由多路光开关，输入光信号进入多路Y型光纤，而后连接至多路光纤探针(基于SPR的光纤探针或者基于干涉的光纤探针)，入射光线进入光纤内后，在光纤传感器检测部发生等离子共振现象或者干涉现象，通过温度与运动平台，使光纤探针与生物组织样品接触，检测部结合的生物分子层与组织内部裸露的分子结合或者反应，产生SPR或者干涉的峰位移变化，反射光线经由检测部干涉底端反射，经过多路Y型光纤将反射光信号传输至光纤光谱仪，从而输出复合光谱，通过电脑读取共振光谱，观察光谱的峰位移改变，判断被检测样品的是否存在，以及定量分析。通过峰位移以及反应时间做动力学拟合曲线，计算探针表面修饰的对应生物分子层与被测生物分子结合/解离速度常数，从而确定二者相对亲和力。
其中，计算机使用质心法矫正，实现对峰位检测更高的精准度。
光纤传感器(基于SPR的光纤探针或者基于干涉的光纤探针)检测部包覆的贵金属传感层包括但不限于Au，Ag，Pt、Ta2O5、SiO2等。
光纤传感器检测部可以与样品发生吸附或者其他反应，从而产生对应光谱。各个光纤传感探针的检测部可以修饰各类涂层，从而实现不同种类生物分子的分型检测。
本发明中使用复合技术进行样品检测，相比于单独使用其中一项技术具有更高的检测灵敏度。
优选的，管线处内的光纤内可能具有不同的形状，尺寸，组合，以及掺杂材料。
优选的，本发明中，检测信号是可以反映传感层与样品反应情况的实时信号。
多路光纤探针的机械强度可以适应复杂环境以及多种实体组织的环境，并且同时检测多种被测组织中是否存在目标分子。
多路光纤探针，包括1个以一定排列方式排列的多路基于SPR或者干涉模式的光纤组，其中光纤探针阵列中的探针部用于产生SPR或者干涉信号，检测信号是通过在光纤检测部捕捉，在修饰层上发生生物分子层厚度或质量改变，对应光谱发生改变。
在一个具体的实施例中，涉及一种高特异性的椎体肿瘤检测方法，如图5所示，其检测方法为：将待检测样品实体肿瘤组织制孔，将光纤生物传感器的检测部上分别使用n个含不同目标肿瘤对应抗体的修饰，可以实现对于样品中多个肿瘤分型的多重检测。首先将光纤生物传感器与pbs溶液接触制作标准曲线，然后将光纤传感器介入肿瘤组织内部，在一定时间内，光纤检测部表面修饰的分型抗体与肿瘤内部细胞所暴露的抗原结合，使连接在光纤传感层上的物质重量，堆积浓度以及厚度发生变化，从而引起SPR以及干涉检测光谱的峰在光谱上出现位置的变化，从而检测肿瘤存在与否以及判断其肿瘤分型。
基于SPR模式的光纤生物传感器的检测具体原理为：首先是等离子共振原理。当光波传播到光纤探针中时，光与光纤内的等离子体发生相互作用，引起等离子体中的电子在光场的作用下，被激发到高能级。这种等离子体激发态存在特定的固有频率，称为等离子共振频率。当光波的频率与等离子共振频率匹配时，能量传递到等离子体，从而产生光吸收效应，当检测部生物分子层与溶液中的肿瘤细胞表面蛋白结合，会使检测部表面状态发生变化，从而增大折射率，导致光谱上的吸收峰红移，其位移与细胞浓度成正相关的线性关系。小鼠肿瘤蛋白基于SPR的光纤探针装置检测结果图如图6a所示；
其次是干涉原理。在复合光纤中，存在两个或多个光波的相互干涉。通过控制光波的相位差，可以实现光信号的调制和控制。这种干涉效应可以用来实现光信号的调制、分割、复用等功能。当其检测部生物分子层与溶液中的肿瘤细胞表面蛋白结合，会使检测部表面状态发生变化，从而增大折射率，导致光谱上的正弦波谷红移，其位移与细胞浓度成正相关的线性关系。小鼠肿瘤蛋白基于干涉原理的光纤探针装置检测结果图如图6b所示。
综合运用等离子共振和干涉原理，复合光纤技术能够实现高效的光信号传输和处理，具有较低的损耗，并且可以在不同波长范围内进行光波的调制和控制。这种技术在光通信、光传感和光器件等领域有着广泛的应用潜力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，包括：卤素光源、多路光开关、光纤光谱仪、多路Y型光纤、多路光纤探针、温度与运动平台、计算机；其中，卤素光源、光纤光谱仪分别通过光纤与多光路开关连接；多路光开关、多路Y型光纤、多路光纤探针依次连接；所述计算机分别与光纤光谱仪、卤素光源、多路光开关、温度与运动平台连接；
卤素光源通过光纤发射复合光，经由多路光开关，输入光信号进入多路Y型光纤，而后连接至多路光纤探针，入射光线进入光纤探针后，在光纤探针中发生等离子共振现象或者干涉现象，并通过温度与运动平台，使光纤探针与生物组织样品接触，产生反射光线；经过多路Y型光纤将反射光线传输至光纤光谱仪，从而输出复合光谱，通过计算机读取共振光谱，进行生物分子检测分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，所述多路光纤探针包括基于SPR的光纤探针装置；
所述基于SPR的光纤探针装置包括SPR探针部与SPR检测部；其中SPR探针部用来传输SPR光信号，SPR检测部用来检测由于生物分子层结合而引发的SPR共振信号的变化。
3.根据权利要求2所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，所述SPR探针部包括SPR连接端口、SPR光纤芯层、SPR光纤包层；
SPR连接端口，用于与多路Y型光纤连接；
SPR光纤芯层，用于传输光信号；
SPR光纤包层，包裹在光纤芯层外部的保护层，用于保护光纤芯层。
4.根据权利要求2所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，SPR检测部包括端面Au反射器、Au膜及其结合的SPR生物分子层，
端面Au反射器，在光纤端面上涂覆有Au反射器，用于反射光信号；
Au膜，在检测部的表面涂覆有Au薄膜，用于表面等离子共振的产生；
SPR生物分子层，生物分子被固定在Au膜上，用于与待检测的生物分子发生结合或者反应。
5.根据权利要求1所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，所述多路光纤探针还包括基于干涉原理的光纤探针装置；基于干涉原理的光纤探针装置端面包括干涉探针部与干涉检测部；干涉探针部用来传输光信号；干涉检测部用来检测生物分子结合引起的干涉信号的变化，从而判断被检测组织内是否存在目标生物分子。
6.根据权利要求1所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，干涉探针部包括干涉连接端口、干涉光纤芯层、干涉光纤包层；
干涉连接端口，用于与多路Y型光纤连接；
干涉光纤芯层，用于传输光信号；
干涉光纤包层，包裹在光纤芯层外部的保护层，用于保护光纤芯层。
7.根据权利要求1所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，干涉检测部包括Ta2O5镀层、端面SiO2膜及其结合的干涉生物分子层；
Ta2O5镀层，在光纤内部涂覆有Ta2O5镀层，用于增强干涉效应；
端面SiO2膜，在光纤端面涂覆有SiO2膜，用于反射光信号和产生干涉效应；
干涉生物分子层，生物分子被固定在SiO2膜上，用于与待检测的生物分子发生结合或者反应。
8.根据权利要求1所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，所述多路Y型光纤是使用固定耦合比或者可调耦合比输入输出光信号；通过将多路入射光光路与出射光光路分离，实现入射光与出射光从光纤同一端输入输出。
9.根据权利要求2所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，所述基于SPR的光纤探针装置是由多模-单模光纤熔接组成。
10.根据权利要求5所述的一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台，其特征在于，基于干涉原理的光纤探针装置由多模-Ta2O5-SiO2电镀组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410334790.0A CN118150494A (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410334790.0A CN118150494A (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118150494A true CN118150494A (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=91300889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410334790.0A Pending CN118150494A (zh) | 2024-03-22 | 2024-03-22 | 一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118150494A (zh) |
-
2024
- 2024-03-22 CN CN202410334790.0A patent/CN118150494A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Homola et al. | Surface plasmon resonance sensors | |
| US5804453A (en) | Fiber optic direct-sensing bioprobe using a phase-tracking approach | |
| Homola et al. | Surface plasmon resonance biosensors | |
| Homola et al. | A novel multichannel surface plasmon resonance biosensor | |
| US9719936B2 (en) | Optical sensor of bio-molecules using thin-film interferometer | |
| JP3398164B2 (ja) | エバネッセント波センサ用多重出力基準装置および分析方法 | |
| JP3816072B2 (ja) | 光導波路型センサおよびそれを用いた測定装置 | |
| JP5420897B2 (ja) | 位相シフト干渉法による光ファイバーアッセイ装置 | |
| Liu et al. | Wavelength-modulation surface plasmon resonance sensor | |
| Lechuga | Optical biosensors | |
| CN1712928A (zh) | 光纤微结构mz干涉式spr化学与生物传感器及系统 | |
| JP2012103272A (ja) | 位相シフト干渉法に基づく光ファイバー検定装置 | |
| Liu et al. | Determination of affinities and antigenic epitopes of bovine cardiac troponin I (cTnI) with monoclonal antibodies by surface plasmon resonance biosensor | |
| US20230194425A1 (en) | Optical sensor of bio-molecules using interferometer | |
| Caucheteur et al. | Cell sensing with near-infrared plasmonic optical fiber sensors | |
| EP1645865A1 (en) | Optical fiber array biochip based on white-light reflectrometric interference spectroscopy | |
| Wang et al. | Research and application of multi-channel SPR sensor cascaded with fiber U-shaped structure | |
| US20110244588A1 (en) | Optical detection systems and methods of making and using the same | |
| US8617470B2 (en) | System for label-free quantitative detection of biomolecules | |
| Gauglitz | Multiple reflectance interference spectroscopy measurements made in parallel for binding studies | |
| GB2437543A (en) | Multi-channelled waveguide chemical and biochemical optical sensing device | |
| Yuk et al. | Sensitivity of ex situ and in situ spectral surface plasmon resonance sensors in the analysis of protein arrays | |
| CN1712929A (zh) | 光纤微结构mz干涉式倏逝波化学与生物传感器及系统 | |
| CN118150494A (zh) | 一种基于双模式多路光纤探针的生物检测平台 | |
| JP3592065B2 (ja) | 検出装置及びそれに用いる表面プラズモンセンサー |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |