专利名称：生物快速检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可广泛适用于分子生物学、生物医学、食品检验、生物战剂 和环境监测等领域的生物检测装置，特别是一种能够实现对各种生物靶标，
如细菌、生物战剂分子、病毒、脱氧核糖核酸(DNA)、多肽、抗原抗体等生 物分子进行快速检测的高灵敏检测系统。
背景技术：
目前，广泛使用的基于倏逝波光纤生物传感器的生物检测系统，是采用 光波在光纤内以全反射方式传输过程中产生的倏逝波激发以生物亲和反应而 结合于光纤探针表面标记有荧光染料的生物分子。把表面固定了一种捕获生 物分子的光纤探针置于被检测样品中，该样品中如果存在与固定在光纤探针 表面的生物分子同种生物物质，则两者将发生亲和反应形成复合分子，样品 中的被测生物分子则结合到光纤探针的表面。然后再把该光纤探针置于具有 荧光染料标记的识别生物分子溶液中，同样两者也会发生特异反应，该溶液 中的识别生物分子与光纤生物探针上的复合分子结合，则将荧光染料固定于 光纤探针的表面。通过倏逝波激发光纤探针表面倏逝波场范围内的荧光染料， 从而检测被检测分子的生物物质的属性及其含量。在上述的光纤生物传感器
系统中，所用的荧光标记物是有机染料，因此导致其具有如下的缺点
1.基于荧光染料分子标记的生物传感器是采用检测荧光染料分子的荧 光信号来实现检测的。由于荧光染料分子的荧光具有荧光谱线宽，激发光谱 线窄和发射荧光易漂白及不稳定的特点，因而，基于荧光染料生物探针的倏 逝波光纤生物传感器很难保证检测信号的稳定性和检测量的精确度。
2.由于激发荧光染料分子的激发光均比荧光染料吸收波长短，在激发荧 光染料分子的同时，也将激发生物分子或生物环境的自荧光，降低了检测信 号的信噪比。
以上缺点大大的限制了光纤倏逝波生物传感器在生物检测中的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于为克服传统光纤生物传感器所采用的荧光染料荧光光 谱宽、激发光谱线窄和荧光易漂白和发光不稳定而带来的光纤生物传感器检 测的生物荧光信号稳定性差和生物分子或生物环境产生的自荧光的缺点，提 供一种高灵敏度的靶标生物分子检测用的生物快速检测系统。
本发明生物快速检测系统，包括倏逝波光纤生物传感器和具有荧光标记 的识别生物分子溶液，特点是所述的具有荧光标记的识别生物分子溶液是用
上转换(UCP)纳米晶标记的识别生物分子溶液。
所述的上转换纳米晶材料(Up-converting phosphor,简称UCP)是一种 可对能量进行上转的无机合成物，即UCP可吸收低能量的(长波长)红外光， 但却发射高能量的(短波长)可见光。UCP纳米晶材料是以氧化物、氟化物、 氯化物或硫化物为基质材料，在基质材料上进行稀土掺杂，实现上转换发光， 其发光颜色因掺杂离子不同而异。
在红外光激发下发出可见光，根据光的有无及其强弱，可判断被检测生 物分子的属性及其含量。与传统标记物相比，将上转换发光材料作为标记物 用于生物分析中，具有无本底干扰、无淬灭。可进行多重分析和定量分析等 优点。UCP纳米晶作为标记物应用于生物传感器技术，不仅提高了检测灵敏 度与稳定性，并且以其发光标记物的特点可与仪器结合对目标被检物进行多 重定量检测。
采用本发明基于UCP纳米晶快速检测系统进行生物分子探测的操作方法
与传统作法相同
即将所述的光纤倏逝波生物传感器的光纤探针放入待测溶液中，如果该 溶液中存在与光纤探针上捕获生物分子同种的生物分子，由于生物分子的特 异性结合而被捕获形成复合分子；然后再将光纤生物探针放入所述的识别生 物分子溶液中，该溶液中的识别生物分子与光纤生物探针上的相应的复合分 子结合，则将其标记的UCP纳米晶固定在光纤探针上，即可根据UCP纳米 晶的荧光来同时判定得知被测溶液中生物分子的存在。并可根据UCP纳米晶 的荧光强度的变化演示分子的反应过程。
本发明与现有技术相比具有以下优点
1. 提高了荧光检测信号的稳定性。由于本发明采用的是稀土离子共掺杂
的发光上转换纳米晶作为生物探针进行生物标记和检测的，而稀土离子4f电 子受到了最外层S电子屏蔽作用，因而其发光稳定，发光谱线窄，发光不漂 白，因此，提高了倏逝波光纤生物传感器的萤光信号的稳定性。
2. 提高了倏逝波光纤生物传感器的检测荧光信号的信噪比。由于本发明 中采用半导体激光器发射的近红外激光代替了先技术中采用的近紫外激光， 可消除由生物分子或生物环境产生的自荧光背景，因此提高了检测荧光信号 的信噪比。
图1是实施例1检测得到的UCP纳米晶的发射光谱。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明生物快速检测系统，包括倏逝波光纤生物传感器和具有荧光标记 的识别生物分子溶液，在所述的倏逝波光纤生物传感器的一根光纤探针的表 面上植被捕获生物分子，所述的具有荧光标记的识别生物分子溶液是用UCP 纳米晶标记的识别生物分子的溶液。实施例1
(1) 光纤生物探针的制备。
a. 表面亲水极化处理将所述光纤生物探针的纤芯表面先在清洗液1中
清洗30分钟，再在清洗液2中清洗30分钟，然后在清洗液3中煮沸10分钟， 制备出在表面矩阵化的纤芯上具有亲水的极化层。 其中所述清洗液l为浓HC1:乙醇4:1 (V/V);
清洗液2为浓硫酸； 清洗液3为超纯水。
b. 捕获分子层的制备将上述表面亲水化处理的纤芯放入IgG蛋白质溶 液(lmg/ml),使蛋白分子自然吸附在纤芯表面上，持续30分钟时间，然后 洗净，即形成了检测所用的光纤生物探针。
(2) 所述的具有荧光标记的识别生物分子溶液的制备。
取2 mL浓度为10_7M的羧基Y203:Er,Yb UCP纳米晶溶液，向该UCP 纳米晶溶液中加入20(iL浓度为0.05M的NHS和20pL浓度为0.5M的EDC 溶液，搅拌30—60分钟，再向上述混合溶液中加入2(VL浓度为10—SM的羊 抗人IgG抗体。
应用上述制备的光纤生物探针和用UCP纳米晶标记的识别生物分子溶液 进行生物分子检测
将光纤生物探针探针浸入被测溶液中，如果被测溶液中存在与光纤探针 上捕获生物分子同种的生物分子，由于生物分子的特异性结合而在光纤探针 上被捕获形成复合分子；然后再将该光纤生物探针放入所述的识别生物分子 溶液中，该溶液中的识别生物分子与光纤生物探针上的相应的复合分子结合， 则将其标记的UCP纳米晶固定在光纤探针上；通过倏逝波光纤生物传感器的 光学检测系统检测，得到图1所示的光谱图。
实施例2
(1) 完全按照实施例1的工艺制备出含有捕获分子层IgG的光纤生物探针。
(2) 取2 mL浓度为1(T"M的氨基Y203:Er,Yb UCP纳米晶溶液，向该 UCP纳米晶溶液中加入20pL 0.05M的戊二醛溶液，搅拌30—60分钟；之后 再向上述混合中加入同样浓度的抗IgG抗体，即得用UCP纳米晶标记的识别 生物分子溶液。
按照实施例i的工艺也可制备出以NaYF4:Yb, Ho 、 ZnS:Yb, Eu或 ZnCl2:Yb, Tm等UCP纳米晶标记的识别分子溶液。
权利要求
1. 一种生物快速检测系统，包括倏逝波光纤生物传感器和具有荧光标记的识别生物分子溶液，其特征在于，所述的具有荧光标记的识别生物分子溶液是用上转换纳米晶标记的识别生物分子溶液。
全文摘要
本发明涉及生物检测装置，特别是一种能够实现对各种生物靶标进行快速检测的生物快速检测系统，它包括倏逝波光纤生物传感器和具有荧光标记的识别生物分子溶液，所述的具有荧光标记的识别生物分子溶液是用上转换纳米晶标记的识别生物分子溶液。本发明提高了荧光检测信号的稳定性和倏逝波光纤生物传感器的检测荧光信号的信噪比。
文档编号G01N21/64GK101387637SQ20081005130
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者刘晓敏, 孔祥贵, 孙雅娟, 张友林, 曾庆辉 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所