一种基于倾斜光栅的光纤dna分子传感器及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，包括作为传输介质的石英光纤和在石英光纤上所刻写的倾斜光栅部分，以及在所述倾斜光栅部分利用现有硅烷化技术修饰的源DNA分子探针，即ssDNA；在所述石英光纤的一端设置有提供光信号的宽带光源，另一端设置有光谱仪，以检测所述宽带光源经石英光纤所述倾斜光栅部分后的光谱变化；所述的石英光纤包括包层和纤芯。本发明采用倾斜光栅作为传感器件，具有灵敏度高，体积小，耐腐蚀，低热敏交叉性和抗电磁干扰等优势。
【专利说明】一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器及其制备方法与 应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器及其制备方法与应用，属于 传感器的【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 光纤技术具有灵敏度高、抗电磁干扰、抗化学腐蚀、尺寸小和快速响应等特点。因 此，光纤类生物传感器是目前国内外广泛研究的一种传感器。与传统光纤光栅相比，倾斜光 栅在传感器领域解决了传统布拉格光纤光栅在液体浓度测量方面的局限性，以及长周期光 纤光栅传感器体积大和折射率温度交叉敏感等缺点。倾斜光栅作为一种新型的传感结构， 兼具价格低廉、制作简单、维护简便、可靠性高等优点，因此基于倾斜光栅的传感器备受研 究者的关注。基于光纤技术的DNA分子传感器在环境监测、临床检验、食品检测等众多领域 有着极为重要的应用。但是目前国内外针对光纤类DNA分子传感器的研究主要存在以下问 题：
[0003] 1)国内外报道的光纤DNA分子传感器多数基于特种光纤或者干涉仪结构，存在价 格昂贵、构建复杂、折射率温度交叉敏感以及稳定性差等问题；
[0004] 2)有关倾斜光栅的研究较多，而将其应用于DNA分子传感领域的研究却较少。
【发明内容】
[0005] 针对现有的技术不足，本发明提供一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器。
[0006] 本发明还提供一种上述DNA分子传感器的制备方法。
[0007] 本发明还提供一种利用上述DNA传感器测量液体DNA分子浓度的方法。本发明具 有灵敏度高，体积小，耐腐蚀，低热敏交叉性和抗电磁干扰等优点。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] -种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，包括作为传输介质的石英光纤和在石 英光纤上所刻写的倾斜光栅部分，以及在所述倾斜光栅部分利用现有硅烷化技术修饰的源 DNA分子探针，即ssDNA ;在所述石英光纤的一端设置有提供光信号的宽带光源，另一端设 置有光谱仪，以检测所述宽带光源经石英光纤所述倾斜光栅部分后的光谱变化；所述的石 英光纤包括包层和纤芯。
[0010] 根据本发明优选的，所述倾斜光栅部分包括有光栅，所述光栅与所述光纤径向的 夹角ξ为2-10° ;所述倾斜光栅部分沿光纤轴向的长度为l-2cm;所述倾斜光栅部分的光 栅周期为：Λ 8贝1』，满足以下相位匹配条件：
[0011 ] λ Bragg = 2neff, core Λ /cos ξ ;
[0012]
【权利要求】
1. 一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，其特征在于，所述传感器包括作为传输 介质的石英光纤和在石英光纤上所刻写的倾斜光栅部分，以及在所述倾斜光栅部分利用现 有硅烷化技术修饰的源DNA分子探针，即ssDNA;在所述石英光纤的一端设置有提供光信号 的宽带光源，另一端设置有光谱仪，以检测所述宽带光源经石英光纤所述倾斜光栅部分后 的光谱变化；所述的石英光纤包括包层和纤芯。
2. 根据权利要求1所述的一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，其特征在于，所述 倾斜光栅部分包括有光栅，所述光栅与所述光纤径向的夹角ξ为2-10° ;所述倾斜光栅部 分沿光纤轴向的长度为l-2cm;所述倾斜光栅部分的光栅周期为：Λg 贝1J，满足以下相位匹配条件：
其中，A=AgCosξ;式中，ξ是光栅的倾斜角度，即所述光栅与所述光纤径向的夹角； 和分别是纤芯导模和第i阶包层模的有效折射率，Λ是当ξ=0时光栅 的周期；Λg是倾斜光栅的光栅周期；λBragg为光栅的布拉格反射波长；第i阶 包层模的谐振波长。
3. 根据权利要求2所述的一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，其特征在于，所述 光栅与所述光纤径向的夹角ξ为2°、4°或10°。
4. 根据权利要求1所述的一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，其特征在于，所述 石英光纤的内径为9μm、外径为125μm的单模光纤SMF28。
5. 根据权利要求1所述的一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，其特征在于，所述 宽带光源为波长为1510nm-1590nm的宽带扫描激光光源SM125。
6. 根据权利要求1所述的一种基于倾斜光栅的光纤DNA分子传感器，其特征在于，所述 光谱仪为安利公司的MS9710C光谱分析仪。该分析仪可以测试从600nm至1750nm波长范 围的光谱特性，最大分辨率达〇. 〇5nm。
7. -种如权利要求1-6任意一项所述DNA分子传感器的制备方法，包括步骤如下： 1) 倾斜光栅部分的制作包括步骤a-c: a. 光纤载氢处理； b. 倾斜光栅刻入：采用紫外写入结合旋转相位掩模板法在所述石英光纤表面刻入倾 斜光栅部分； c. 退火处理：将再将刻有倾斜光栅部分的石英光纤放入温度控制箱退火处理； 2) 在倾斜光栅部分的表面嫁接DNA分子探针包括步骤d-f: d. 对倾斜光栅部分表面进行活化预处理，进行硅羟基化； e. 硅羟基化的倾斜光栅部分用硅烷试剂进行硅烷化处理，使倾斜光栅部分表面带上 一层末端氨基； f. 倾斜光栅部分表面的官能团氨基与ssDNA靶分子相互作用，形成DNA分子探针； 3) 在所述石英光纤的一端设置有提供光信号的宽带光源，另一端设置有光谱仪，以检 测所述宽带光源经石英光纤所述倾斜光栅部分后的光谱变化，即得到了DNA分子传感器。
8. -种利用如权利要求1-6任意一项所述DNA分子传感器测量液体DNA分子浓度的方 法，包括步骤如下： 1) 波长为1510nm-1590nm的宽带扫描激光光源SM125,经接口为APC型的光纤跳线输 入奉禹合到一段内外径为9/125μm的单模光纤SMF28中，并在包层的束缚下在单模光纤中传 输； 2) 定标：选取已知的DNA分子浓度的液体，利用微流控装置将所述液体引流入所述倾 斜光栅部分中，进而利用所述DNA分子传感器对其测量，通过所述光谱仪检测谐振波长移 动的速度和大小，定标记录所述DNA分子浓度与检测到物理量的关系； 3) 定标后，利用所述DNA分子传感器实时测量待测液体内的DNA分子浓度，通过检测谐 振波长移动的速度和大小，测量DNA分子的浓度。
【文档编号】G01N15/06GK104316445SQ201410668891
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】刘思淼, 刘冠秀, 牛传宁, 冯德军 申请人:山东大学