专利名称：微结构光纤传感探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感探头，尤其是一种微结构光纤传感探头。
背景技术：
光学生物传感器以生物学分子或组分敏感的材料作为光功能元件，通过测 量与特定的被测物质所发生的光学或光化学变化转化为相应的光信号予以放大 输出，从而得到检测结果。光学生物传感器一般由生物识别元件、光学转换元 件、机械元件和电气元件组成。在众多类型的光学生物传感器中，光纤传感器 由于具有抗电磁辐射、抗电磁干扰、抗腐蚀的特点，而占有重要位置。光纤传 感器还是一种高度小型化的装置，小型化对于介入性监测是十分必要的，同时 检测时所需样品非常少。光纤传感器的另一个特点是可以远距离进行传感，加
上放大器以及光纤本身的高质量传输、低衰减率，它传输信号的距离可达l(MOO m，并且光纤传感器使用荧光物质取代了放射性物质，响应时间快，易于操作和 成本低廉。
光纤倏逝波生物传感器是光学传感器的分支，它采用光波在光纤内以全反 射方式传输时产生的倏逝波来激发光纤表面标记在分子上的荧光染料，从而检 测通过特异性反应附着于光纤表面倏逝波场范围内的生物物质的属性及含量。 该传统光纤倏逝波传感器的光纤探头是由仅含有有限光纤表面积的光纤构成， 其倏逝波场面积小，信号微弱。 一般情况下， 一根光纤探头只能检测一种组分， 其功能单一。
在传统技术中，为了增大光纤表面积，增强倏逝波场信号微弱，提高检测 灵敏度，探头纤芯部分的感应区采取锥状或复合锥状构型以增加感应面积，但 是增加的感应面积还是很有限的。为了加强传回芯区的信号光强度，理论上倏 逝波场的长度应该越长越好。但是光纤探头长度太长又不利于探头的微小化。
实用新型内容
本实用新型为解决背景技术中的光纤传感器的光纤探头存在的上述技术问 题，而提供一种感应面积大、利用同一根光纤进行多组分检测的微结构光纤传
感探头。
本实用新型的技术解决方案是本实用新型为一种微结构光纤传感探头，其 特殊之处在于该微结构光纤传感探头包括光纤基质l、内包层5和外包层6， 光纤基质1设置在外包层6内，内包层5设置在光纤基质1中，内包层5由孔 道2组成，孔道2的内表面设置有传感层3。
上述孔道2为一个或多个。
上述孔道2为多个时，内包层5是由具有微结构光纤特征的周期性分布的
孔道2构成。
上述孔道2为多个时，不同孔道2内表面的传感层3是用相同的特异性分 子或抗体修饰。
上述孔道2为多个时，不同孔道2内表面的传感层3是用不同的特异性分子或
抗体修饰。
上述光纤基质1为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。 上述传感层3的材料为抗原、抗体或金银纳米粒子。 上述传感层3的材料为HBs抗体、硝酸纤维素包埋的HIV-l/2抗体、蛋白C、 Ag、 Au纳米粒子。
本实用新型采取用微结构光纤传感探头来代替传统技术中的光纤探头，该 微结构光纤传感探头中与待测液体接触的每一空气通道内的传感层均为感应面 积，这样在不增加光纤长度的条件况下，大大增加了倏逝场的有效接触面积。 另外，目前的生物传感器正朝着小型化、集成化向体内监测、在线监测的方向 发展，微结构聚合物光纤探头是实现这些目标的良好选择。同时微结构聚合物 光纤探头具有更好的柔韧性，可以直接植入人体或细胞内而不易折断。另外， 因为这种探头具有孔道结构，待测物质可以直接通过毛细作用渗入其中，这为 检测提供了场所，只需要微量的待测液体就可实现检测。最后，这种探头具有 为数众多的孔道，每个孔道彼此单独存在，因此可以在每组孔道内部构建不同
敏感物质，进行多组分同时检测，而每个检出信号不互相干扰。
图l为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型包括光纤基质1、内包层5和外包层6，光纤基质1 设置在外包层6内，内包层5设置在光纤基质1中，内包层5由孔道2组成， 孔道2的内表面设置有传感层3。孔道2为一个或多个，当孔道2为多个时，内 包层5是由具有微结构光纤特征的周期性分布的孔道2构成。光纤基质1的材 料采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。不同孔道2内表面的传感层3 可以用相同的特异性分子或抗体修饰，也可以用不同的特异性分子或抗体修饰。 不同孔道2内表面的传感层3用相同的特异性分子或抗体修饰可以增加感应区， 使得对单一待侧液体4的检测结果更精确，不同孔道2内表面的传感层3用不 同的特异性分子或抗体修饰，可实现同一探头对不同的待侧液体4进行检测， 也可将相邻的孔道2进行分组，每组孔道2内的传感层3用不同的特异性分子 或抗体修饰，这样即可使检测结果更精确，又可对不同的待侧液体4进行多组 同时检测。传感层3可以通过共价结合或物理吸附的方式固定到孔道2的内表 面，主要方法有二种其一是先在孔道2中固定金属(如银)纳米粒子，然后 利用其对传感分子的物理吸附或化学吸附导致的光学性质改变测定待测分子； 其二是将光学探针混合在一种高分子的溶液中，让其流过孔道2后在孔道2内 表面形成单层膜。然后利用光学探针对传感分子的物理吸附或化学吸附导致的 光学性质改变测定待测分子。该传感层3具体可采用的材料为抗原、抗体或金 银纳米粒子，更具体为HBs抗体、硝酸纤维素包埋的HIV-1/2抗体、蛋白C、 Ag、 Au纳米粒子。
下面介绍针对血液检测的多组分检测微结构光纤传感探头的制作过程。这 里拟检测的项目有1、乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg) ; 2、艾滋病病毒抗 体(fflV抗体)；3、血红蛋白(PC)检测。首先借助显微镜等仪器用直径与孔道 孔径相当的金属丝将需要被修饰的孔道堵死，然后将光纤探头插入玻璃胶中，使玻璃胶进入其他孔道，将光纤头加热至40-6(TC保持5-10分钟，最后将金属丝 拔除，则除即将被修饰的孔道外，其他孔道暂时被封堵。接下来对此孔道进行 修饰，将缓冲溶液溶解的HBs抗体吸入此孔道，并浸泡45-70分钟，未被覆盖的 PMMA表面吸入1% (w/v)牛血清蛋白(BSA)将其覆盖，至此该孔修饰完毕。 然后将被封死的光纤从端点切掉，开始修饰第二个孔道，过程与前面相同，区 别是孔道内部固定的敏感物质为硝酸纤维素包埋的HIV-l/2抗体，同理在第三个 孔道内修饰蛋白C (PC)。然后将光纤传感头插入含Cy3标记的乙肝表面抗原、 Au溶胶标记的HIV抗原、荧光素FL标记的PC二抗的血清中。分别选择激发波长 550nm、 473 nm、 488nm激发Cy3、 Au胶、FL探针，然后在570nm、 630nm、 520nm 波长处接受荧光，最后经过计算机处理得出血液中各种待测物浓度。
如果涉及其它检测项目，可以在孔道内固定其它敏感物质，该微结构光纤 传感探头应用范围可以扩展至尿检，食品检验等。例如可以在不同光纤内部固 定兔抗SEB，监测Cy5标记的羊抗SEB，同时固定多抗0157:H7，检测Cy3标记的
二抗来实现葡萄球菌肠酶素和大肠杆菌的同时检测。同理也可以固定其他探针 实现对环境或农药等不同成分的检测。
权利要求1、一种微结构光纤传感探头，其特征在于该微结构光纤传感探头包括光纤基质(1)、内包层(5)和外包层(6)，所述光纤基质(1)设置在外包层(6)内，所述内包层(5)设置在光纤基质(1)中，所述内包层(5)由孔道(2)组成，所述孔道(2)的内表面设置有传感层(3)。
2、 根据权利要求1所述的微结构光纤传感探头，其特征在于所述孔道(2)为一个或多个。
3、 根据权利要求2所述的微结构光纤传感探头，其特征在于所述孔道(2) 为多个时，所述内包层(5)是由具有微结构光纤特征的周期性分布的孔道(2) 构成。
4、 根据权利要求3所述的微结构光纤传感探头，其特征在于所述孔道(2) 为多个时，不同孔道(2)内表面的传感层(3)是用相同的特异性分子或抗体修饰。
5、 根据权利要求书3所述的微结构光纤传感探头，其特征在于"所述孔道(2) 为多个时，不同气孔道(2)内表面加传感层(3)是用不同的特异性分子 或抗体修饰。
6、 根据权利要求1或2或3或4或5所述的微结构光纤传感探头，其特征 在于所述光纤基质(1)为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。
7、 根据权利要求6所述的微结构光纤传感探头，其特征在于所述传感层(3) 的材料为抗原、抗体或金银纳米粒子。
8、 根据权利要求7所述的微结构光纤传感探头，其特征在于所述传感层 (3)的材料为HBs抗体、硝酸纤维素包埋的HIV-l/2抗体、蛋白C、 Ag、 Au纳米粒子。
专利摘要本实用新型涉及一种微结构光纤传感探头。该微结构光纤传感探头包括光纤基质(1)、内包层(5)和外包层(6)，光纤基质(1)设置在外包层(6)内，内包层(5)设置在光纤基质(1)中，内包层(5)由孔道(2)组成，孔道(2)的内表面设置有传感层(3)。本实用新型为解决背景技术中的光纤传感器的光纤探头存在的技术问题，而提供一种感应面积大、利用同一根光纤进行多组分检测的微结构光纤传感探头。
文档编号G01N21/64GK201060167SQ20072003210
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者康利军, 杨兴华, 王丽莉 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所