一種微納光纖多環微腔的生物傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及生物技術領域，特別涉及一種基于微納光纖多環微腔的生物傳感器。
【背景技術】
[0002]生物傳感技術的快速發展已經打開了生物學研究的新紀元，在疾病控制、藥物開發、環境監測、食品安全等領域具有廣闊的應用前景。傳統的生物分子探測是使用熒光標記來實現的，但需要事先知道目標的存在，目標分子必須被修改結合到標記物上。熒光標記技術是將熒光染料共價結合在所要研究分子的某個基團上，利用熒光特性來提供相關研究對象的信息。但熒光標記技術需要復雜的標記過程，且標記分子可能對生物分子的功能產生影響。另外每個生物分子上的熒光基團數量很難精確控制，導致無法進行定量的檢測。與前述不同，在無標記生物傳感技術中，目標分子不需要改變，能夠保持其自然活性。檢測結果可靠，易于實現定量分析，能夠實時地監測分子間的相互作用。無標記光學傳感機理是測量由分子相互作用引起的折射率的改變，這與樣品濃度或者表面密度有關。傳感光信號通常以倏逝波的形式集中在樣品表面，以e指數衰減形式進入樣品溶液，衰減長度一般為幾十到幾百納米。探測信號并沒有覆蓋到整個樣品的體積，因此適于微量樣品的檢測。當超小探測容量(阿升到納升)時，無標記光學探測變得十分有吸引力。另外，無標記光學傳感器不受電磁波信號的干擾，具有響應速度快、靈敏度高、體積小可以植入細胞中進行探測等優點。
[0003]近年，A.M.Armani等人在提出了利用耳語回廊模基微腔實現無標記高靈敏度的生物傳感器[Science 317,783(2007)]，引起了國內外科學界的重視。光在微腔內循環振蕩對目標分子取樣多次，解決了探測的特異性和靈敏度等關鍵問題。但微型環芯等結構的微腔需要通過復雜的光刻技術制作，價格昂貴，靈敏度亦有待進一步提高。微納光纖制備簡單、機械性能良好、損耗低，具有較大的倏逝場，對環境變化響應快，是實現傳感的最佳途徑之
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[0004]目前大部分微納光纖傳感器都是單環或雙環機構，Q值不高，靈敏度欠佳。經實驗證明，以空心玻璃管作為支撐，利用微納米光纖構筑多圈耦合結構的多環微腔，可以實現超尚Q值。
【實用新型內容】
[0005]為了克服生物體分子熒光標記技術的缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種微納光纖多環微腔的生物傳感器。該傳感器具有制備簡單、成本低廉、免標記、靈敏度高等優點。
[0006]本實用新型通過下述技術方案實現:一種微納光纖多環微腔的生物傳感器，包括微納米光纖多環微腔和生物識別分子層；
[0007]所述的微納米光纖多環微腔表面覆蓋有生物識別分子層；
[0008]所述的微納米光纖多環微腔包括纏繞部、信號輸入部和信號輸出部，信號輸入部和信號輸出部分別連接于纏繞部的兩端；
[0009]所述的信號輸入部和信號輸出部是silica光纖尖錐；
[0010]所述的纏繞部包括微納米光纖和空心玻璃棒；
[0011 ]所述的微納米光纖表面涂有聚合物層；
[0012]所述的聚合物層的聚合物優選為丙烯酸酯聚合物；
[0013]所述的生物識別分子層覆蓋在聚合物層的表面；
[0014]所述的微納米光纖由聚合物材料通過一步拉制法制備或用silica單模光纖加熱拉伸制備；
[0015]所述的空心玻璃棒的折射率為1.45;
[0016]所述的微納米光纖的折射率大于或等于1.45，直徑為Ιμπι?5μπι;
[0017]所述的纏繞部分設置為多環結構，其環數優選為2?12;
[0018]所述的環距(Λ )為兩個相鄰環的中心到中心的距離，優選為2?20μπι;
[0019]本實用新型相對于現有技術，具有如下優點及效果:
[0020](I)本實用新型的生物傳感器的多環結構比單環和雙環結構Q值更高，性能更加優異，檢測精度和靈敏度更高；
[0021](2)本實用新型采用微光纖系統，其利于富集介質微球、細胞、生物分子等；
[0022](3)本實用新型的生物傳感器的制造方法，快捷方便，成本低廉且有效；
[0023](4)本實用新型具有精確的中心工作波長、平坦的通帶、低損耗、高消光比、大的動態范圍；
[0024](5)本實用新型具有體積小、功能強、結構簡單的特點；
[0025](6)本實用新型采用高Q值的聚合物微納米光纖多環微腔，根據目標傳感器，在其表面標記生物識別分子層，應用于無標記生物傳感器靈敏度高，有較好的效果。
【附圖說明】
[0026]圖1是微納光纖多環微腔的生物傳感器的實例圖；其中，1-1是微納米光纖；1-2是信號輸入部;1-3是信號輸出部;2是空心玻璃棒;3是生物識別分子層;4是待測目標分子。
[0027]圖2是實施例2的微納米光纖多環微腔的生物傳感器的透射譜圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0029]實施例1
[0030]該微納光纖多環微腔的生物傳感器，如圖1所示，包括微納光纖多環微腔和生物識別分子層3;
[0031]所述的微納米光纖多環微腔表面覆蓋有生物識別分子層3;
[0032]所述的微納米光纖多環微腔包括纏繞部、信號輸入部1-2和信號輸出部1-3，信號輸入部1-2和信號輸出部1-3分別連接于纏繞部的兩端；
[0033]所述的信號輸入部1-2和信號輸出部1-3是s i I i ca光纖尖錐；
[0034]所述的纏繞部包括微納米光纖1-1和空心玻璃棒2;
[0035]所述的微納米光纖1-1表面涂有聚合物層；
[0036]所述的聚合物層的聚合物優選為丙烯酸酯聚合物；
[0037]所述的生物識別分子層3覆蓋在聚合物層的表面；
[0038]所述的微納米光纖1-1由聚合物材料通過一步拉制法制備或用siIica單模光纖加熱拉伸制備；
[0039]所述的空心玻璃棒2的折射率為1.45;
[0040]所述的微納米光纖1-1的折射率大于或等于1.45，直徑為Ιμπι?5μπι;
[0041]所述的纏繞部設置為多環結構，其環數優選為2?12;
[0042]所述的環距(Λ )為兩個相鄰環的中心到中心的距離，優選為2?20μπι。
[0043]實施例2
[0044]所述的微納光纖多環微腔的生物傳感器的制備過程，包括如下步驟:
[0045]步驟一、使用折射率為1.45的空心玻璃棒2作為支持物，直徑為80μπι，空心玻璃棒2的厚度為I OOnm ο
[0046]步驟二、選取纖芯直徑為9μπι、直徑為125μπι的單模光纖(康寧SMF-28，市售)，制備直徑為0.7μπι的信號輸入和輸出端口光纖尖錐。
[0047]步驟三、通過一步拉制法制備直徑為0.5μπι的聚合物(如聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT))微米光纖。
[0048]步驟四、將聚合物納米光纖纏繞在空心玻璃棒2上，得到多環微腔，其相鄰線圈環的距離(Λ )為15μηι，環數為8。
[0049]步驟五、在微納米光纖1-1表面涂上丙烯酸酯聚合物(Luvantix PC-373)。
[0050]步驟六、將微納米光纖1-1在2.3 % (ν/ν)的戊二醛PBS緩沖溶液浸泡I小時。
[0051]步驟七、將步驟六所得的PTT納米光纖置于PBS緩沖溶液稀釋的IL-2抗體分子溶液中，IL-2抗體分子作為生物識別分子，保持4°C存放12小時，抗體分子IL-2固定在微納米光纖表面，形成生物識別分子層3。
[0052]該生物傳感器可檢測相應的IL-2抗原。
[0053]根據目標傳感器，采用表面功能化方法在微納米光纖1-1表面固定生物識別分子層3中的生物識別分子。如圖1所示，利用silica光纖尖錐，將來自激光器的連續光通過倏逝波耦合的方法耦合進入微納米光纖多環微腔生物傳感器。滿足諧振條件的光在微腔內反復繞行，直至完全損耗，只有極少量透射輸出；其他波長的則全部透射輸出，形成如圖2所示的透射譜，其中諧振波長為Ar，諧振線寬為δλη當傳感器被浸入含有目標分子的溶液時，特異性的目標分子4結合在生物識別分子層3中的生物識別分子上，引起傳感表面的界面條件發生變化，擾亂了其諧振條件，諧振波長變為Ar+ Δ Ar。根據Δ Ar變化的大小，可以檢測出生物分子4(如抗原分子)的濃度。
[0054]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種微納光纖多環微腔的生物傳感器，其特征在于包括微納米光纖多環微腔和生物識別分子層； 所述的微納米光纖多環微腔表面覆蓋有生物識別分子層。2.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于:所述的微納米光纖多環微腔包括纏繞部、信號輸入部和信號輸出部，信號輸入部和信號輸出部分別連接于纏繞部的兩端。3.根據權利要求2所述的生物傳感器，其特征在于:所述的信號輸入部和信號輸出部是si Iica光纖尖錐。4.根據權利要求2所述的生物傳感器，其特征在于:所述的纏繞部包括微納米光纖和空心玻璃棒。5.根據權利要求4所述的生物傳感器，其特征在于:所述的微納米光纖表面涂有聚合物層。6.根據權利要求5所述的生物傳感器，其特征在于:所述的聚合物層的聚合物為丙烯酸酯聚合物。7.根據權利要求5或6所述的生物傳感器，其特征在于:所述的生物識別分子層覆蓋在聚合物層的表面。8.根據權利要求4所述的生物傳感器，其特征在于:所述的微納米光纖由聚合物材料通過一步拉制法制備或用s i I i ca單模光纖加熱拉伸制備。9.根據權利要求4所述的生物傳感器，其特征在于:所述的空心玻璃棒的折射率為1.45;所述的微納米光纖的折射率大于或等于1.45，直徑為Ιμπι?5μηι。10.根據權利要求2所述的生物傳感器，其特征在于:所述的纏繞部設置為多環結構，其環數為2?12;所述的環距為2?20μπι。
【專利摘要】本實用新型公開一種微納光纖多環微腔的生物傳感器。本實用新型具有精確的中心工作波長、平坦的通帶、低損耗、高消光比、大的動態范圍；具有體積小、功能強、結構簡單的特點。其多環結構比單環和雙環結構Q值更高，性能更加優異，檢測精度和靈敏度更高；采用高Q值的聚合物微納米線多環微腔，根據目標傳感器，在其表面標記生物識別分子，應用于無標記生物傳感器靈敏度高，有較好的效果。
【IPC分類】G01N21/17, G01N33/53
【公開號】CN205353091
【申請號】CN201521141678
【發明人】邢曉波, 吳羽, 何賽靈
【申請人】華南師范大學
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2015年12月31日