一种微纳光纤多环微腔的生物传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及生物技术领域，特别涉及一种基于微纳光纤多环微腔的生物传感器。
【背景技术】
[0002]生物传感技术的快速发展已经打开了生物学研究的新纪元，在疾病控制、药物开发、环境监测、食品安全等领域具有广阔的应用前景。传统的生物分子探测是使用荧光标记来实现的，但需要事先知道目标的存在，目标分子必须被修改结合到标记物上。荧光标记技术是将荧光染料共价结合在所要研究分子的某个基团上，利用荧光特性来提供相关研究对象的信息。但荧光标记技术需要复杂的标记过程，且标记分子可能对生物分子的功能产生影响。另外每个生物分子上的荧光基团数量很难精确控制，导致无法进行定量的检测。与前述不同，在无标记生物传感技术中，目标分子不需要改变，能够保持其自然活性。检测结果可靠，易于实现定量分析，能够实时地监测分子间的相互作用。无标记光学传感机理是测量由分子相互作用引起的折射率的改变，这与样品浓度或者表面密度有关。传感光信号通常以倏逝波的形式集中在样品表面，以e指数衰减形式进入样品溶液，衰减长度一般为几十到几百纳米。探测信号并没有覆盖到整个样品的体积，因此适于微量样品的检测。当超小探测容量(阿升到纳升)时，无标记光学探测变得十分有吸引力。另外，无标记光学传感器不受电磁波信号的干扰，具有响应速度快、灵敏度高、体积小可以植入细胞中进行探测等优点。
[0003]近年，A.M.Armani等人在提出了利用耳语回廊模基微腔实现无标记高灵敏度的生物传感器[Science 317,783(2007)]，引起了国内外科学界的重视。光在微腔内循环振荡对目标分子取样多次，解决了探测的特异性和灵敏度等关键问题。但微型环芯等结构的微腔需要通过复杂的光刻技术制作，价格昂贵，灵敏度亦有待进一步提高。微纳光纤制备简单、机械性能良好、损耗低，具有较大的倏逝场，对环境变化响应快，是实现传感的最佳途径之
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[0004]目前大部分微纳光纤传感器都是单环或双环机构，Q值不高，灵敏度欠佳。经实验证明，以空心玻璃管作为支撑，利用微纳米光纤构筑多圈耦合结构的多环微腔，可以实现超尚Q值。
【实用新型内容】
[0005]为了克服生物体分子荧光标记技术的缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种微纳光纤多环微腔的生物传感器。该传感器具有制备简单、成本低廉、免标记、灵敏度高等优点。
[0006]本实用新型通过下述技术方案实现:一种微纳光纤多环微腔的生物传感器，包括微纳米光纤多环微腔和生物识别分子层；
[0007]所述的微纳米光纤多环微腔表面覆盖有生物识别分子层；
[0008]所述的微纳米光纤多环微腔包括缠绕部、信号输入部和信号输出部，信号输入部和信号输出部分别连接于缠绕部的两端；
[0009]所述的信号输入部和信号输出部是silica光纤尖锥；
[0010]所述的缠绕部包括微纳米光纤和空心玻璃棒；
[0011 ]所述的微纳米光纤表面涂有聚合物层；
[0012]所述的聚合物层的聚合物优选为丙烯酸酯聚合物；
[0013]所述的生物识别分子层覆盖在聚合物层的表面；
[0014]所述的微纳米光纤由聚合物材料通过一步拉制法制备或用silica单模光纤加热拉伸制备；
[0015]所述的空心玻璃棒的折射率为1.45;
[0016]所述的微纳米光纤的折射率大于或等于1.45，直径为Ιμπι?5μπι;
[0017]所述的缠绕部分设置为多环结构，其环数优选为2?12;
[0018]所述的环距(Λ )为两个相邻环的中心到中心的距离，优选为2?20μπι;
[0019]本实用新型相对于现有技术，具有如下优点及效果:
[0020](I)本实用新型的生物传感器的多环结构比单环和双环结构Q值更高，性能更加优异，检测精度和灵敏度更高；
[0021](2)本实用新型采用微光纤系统，其利于富集介质微球、细胞、生物分子等；
[0022](3)本实用新型的生物传感器的制造方法，快捷方便，成本低廉且有效；
[0023](4)本实用新型具有精确的中心工作波长、平坦的通带、低损耗、高消光比、大的动态范围；
[0024](5)本实用新型具有体积小、功能强、结构简单的特点；
[0025](6)本实用新型采用高Q值的聚合物微纳米光纤多环微腔，根据目标传感器，在其表面标记生物识别分子层，应用于无标记生物传感器灵敏度高，有较好的效果。
【附图说明】
[0026]图1是微纳光纤多环微腔的生物传感器的实例图；其中，1-1是微纳米光纤；1-2是信号输入部;1-3是信号输出部;2是空心玻璃棒;3是生物识别分子层;4是待测目标分子。
[0027]图2是实施例2的微纳米光纤多环微腔的生物传感器的透射谱图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0029]实施例1
[0030]该微纳光纤多环微腔的生物传感器，如图1所示，包括微纳光纤多环微腔和生物识别分子层3;
[0031]所述的微纳米光纤多环微腔表面覆盖有生物识别分子层3;
[0032]所述的微纳米光纤多环微腔包括缠绕部、信号输入部1-2和信号输出部1-3，信号输入部1-2和信号输出部1-3分别连接于缠绕部的两端；
[0033]所述的信号输入部1-2和信号输出部1-3是s i I i ca光纤尖锥；
[0034]所述的缠绕部包括微纳米光纤1-1和空心玻璃棒2;
[0035]所述的微纳米光纤1-1表面涂有聚合物层；
[0036]所述的聚合物层的聚合物优选为丙烯酸酯聚合物；
[0037]所述的生物识别分子层3覆盖在聚合物层的表面；
[0038]所述的微纳米光纤1-1由聚合物材料通过一步拉制法制备或用siIica单模光纤加热拉伸制备；
[0039]所述的空心玻璃棒2的折射率为1.45;
[0040]所述的微纳米光纤1-1的折射率大于或等于1.45，直径为Ιμπι?5μπι;
[0041]所述的缠绕部设置为多环结构，其环数优选为2?12;
[0042]所述的环距(Λ )为两个相邻环的中心到中心的距离，优选为2?20μπι。
[0043]实施例2
[0044]所述的微纳光纤多环微腔的生物传感器的制备过程，包括如下步骤:
[0045]步骤一、使用折射率为1.45的空心玻璃棒2作为支持物，直径为80μπι，空心玻璃棒2的厚度为I OOnm ο
[0046]步骤二、选取纤芯直径为9μπι、直径为125μπι的单模光纤(康宁SMF-28，市售)，制备直径为0.7μπι的信号输入和输出端口光纤尖锥。
[0047]步骤三、通过一步拉制法制备直径为0.5μπι的聚合物(如聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT))微米光纤。
[0048]步骤四、将聚合物纳米光纤缠绕在空心玻璃棒2上，得到多环微腔，其相邻线圈环的距离(Λ )为15μηι，环数为8。
[0049]步骤五、在微纳米光纤1-1表面涂上丙烯酸酯聚合物(Luvantix PC-373)。
[0050]步骤六、将微纳米光纤1-1在2.3 % (ν/ν)的戊二醛PBS缓冲溶液浸泡I小时。
[0051]步骤七、将步骤六所得的PTT纳米光纤置于PBS缓冲溶液稀释的IL-2抗体分子溶液中，IL-2抗体分子作为生物识别分子，保持4°C存放12小时，抗体分子IL-2固定在微纳米光纤表面，形成生物识别分子层3。
[0052]该生物传感器可检测相应的IL-2抗原。
[0053]根据目标传感器，采用表面功能化方法在微纳米光纤1-1表面固定生物识别分子层3中的生物识别分子。如图1所示，利用silica光纤尖锥，将来自激光器的连续光通过倏逝波耦合的方法耦合进入微纳米光纤多环微腔生物传感器。满足谐振条件的光在微腔内反复绕行，直至完全损耗，只有极少量透射输出；其他波长的则全部透射输出，形成如图2所示的透射谱，其中谐振波长为Ar，谐振线宽为δλη当传感器被浸入含有目标分子的溶液时，特异性的目标分子4结合在生物识别分子层3中的生物识别分子上，引起传感表面的界面条件发生变化，扰乱了其谐振条件，谐振波长变为Ar+ Δ Ar。根据Δ Ar变化的大小，可以检测出生物分子4(如抗原分子)的浓度。
[0054]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种微纳光纤多环微腔的生物传感器，其特征在于包括微纳米光纤多环微腔和生物识别分子层； 所述的微纳米光纤多环微腔表面覆盖有生物识别分子层。2.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于:所述的微纳米光纤多环微腔包括缠绕部、信号输入部和信号输出部，信号输入部和信号输出部分别连接于缠绕部的两端。3.根据权利要求2所述的生物传感器，其特征在于:所述的信号输入部和信号输出部是si Iica光纤尖锥。4.根据权利要求2所述的生物传感器，其特征在于:所述的缠绕部包括微纳米光纤和空心玻璃棒。5.根据权利要求4所述的生物传感器，其特征在于:所述的微纳米光纤表面涂有聚合物层。6.根据权利要求5所述的生物传感器，其特征在于:所述的聚合物层的聚合物为丙烯酸酯聚合物。7.根据权利要求5或6所述的生物传感器，其特征在于:所述的生物识别分子层覆盖在聚合物层的表面。8.根据权利要求4所述的生物传感器，其特征在于:所述的微纳米光纤由聚合物材料通过一步拉制法制备或用s i I i ca单模光纤加热拉伸制备。9.根据权利要求4所述的生物传感器，其特征在于:所述的空心玻璃棒的折射率为1.45;所述的微纳米光纤的折射率大于或等于1.45，直径为Ιμπι?5μηι。10.根据权利要求2所述的生物传感器，其特征在于:所述的缠绕部设置为多环结构，其环数为2?12;所述的环距为2?20μπι。
【专利摘要】本实用新型公开一种微纳光纤多环微腔的生物传感器。本实用新型具有精确的中心工作波长、平坦的通带、低损耗、高消光比、大的动态范围；具有体积小、功能强、结构简单的特点。其多环结构比单环和双环结构Q值更高，性能更加优异，检测精度和灵敏度更高；采用高Q值的聚合物微纳米线多环微腔，根据目标传感器，在其表面标记生物识别分子，应用于无标记生物传感器灵敏度高，有较好的效果。
【IPC分类】G01N21/17, G01N33/53
【公开号】CN205353091
【申请号】CN201521141678
【发明人】邢晓波, 吴羽, 何赛灵
【申请人】华南师范大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年12月31日