光纖生物傳感器

光纖在生物傳感技術(shù)中的應(yīng)用光纖生物傳感器生物傳感器是將生物物質(zhì)(比如酶、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗體、抗原、DNA等)作為識別物，把生物化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成為能夠定量的物理或化學(xué)信號，從而實(shí)現(xiàn)對生命、化學(xué)物質(zhì)檢測及其監(jiān)控的裝置。生物傳感器按是否使用標(biāo)記物分為兩類：一類是標(biāo)記型生物傳感器，檢測時先用熒光素、放射性同位素或酶等標(biāo)記物對被測生物進(jìn)行標(biāo)記，然后通過檢測標(biāo)記物的信號來獲取被探測物的信息。光纖生物傳感器目前使用的免疫傳感器大多數(shù)屬于這一類，然而利用放射性標(biāo)記物檢測，對于工作人員具有一定的危害，用熒光檢測時非特異性熒光也會影響測量結(jié)果。標(biāo)記型生物傳感器所用的測試儀器體積大、價格昂貴、耗時，需要專業(yè)人員完成，并且指示劑價格昂貴，要集合幾十個樣本同時測量，讓患者在等待中承受巨大的痛苦。另一類是免標(biāo)記型生物傳感器，不需要對探測物進(jìn)行標(biāo)記，而是直接通過生物復(fù)合物形成時的物理、化學(xué)變化對生物對象進(jìn)行檢測，極大地簡化了操作過程，因此免標(biāo)記生物傳感器成為了生物傳感器的一個重要研究方向。光纖傳感器由于光纖傳感器具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、不易受電磁干擾等其它器件所不具備的優(yōu)點(diǎn)，而免標(biāo)記的生物檢測方法又可以將生物化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y信號，不需要加入標(biāo)記物，測試過程簡單直接，因此免標(biāo)記光纖傳感器已經(jīng)成為生物傳感器研究的重要方向。原理免標(biāo)記光纖生物傳感器的功能是將光纖上的生物敏感膜和被測物質(zhì)直接接觸時發(fā)生的特異性吸附反應(yīng)轉(zhuǎn)換成光信號，檢測生物分子的特性。光纖生物傳感器由兩部分構(gòu)成：傳感段和傳輸段。在傳感段，首先要對光纖傳感頭表面進(jìn)行特殊化學(xué)處理，如利用偶聯(lián)法、自組裝或偶聯(lián)法結(jié)合卵白素-生物素橋連法等方式將生物靶分子固定于傳感頭表面。在發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)時，目標(biāo)分子會吸附于光纖傳感頭表面的生物膜層上，使生物膜層厚度增加，改變傳感頭表面的等效折射率，從而影響傳輸光信號的特性，如：諧振波長、光功率等。通過檢測傳感器輸出光信號的變化就可以對被測生物分子的物理化學(xué)特性進(jìn)行監(jiān)測；另一部分是傳輸段，主要負(fù)責(zé)光信號的傳輸，一般會保留該段光纖的包層。研究現(xiàn)狀目前得到廣泛研究的免標(biāo)記光纖生物傳感器按照工作原理不同可以分為：光纖表面等離子體共振生物傳感器、光纖倏逝波生物傳感器和光纖光柵生物傳感器等。光纖表面等離子體共振生物傳感器光纖表面等離子體共振（SPR）生物傳感器主要是基于光纖表面等離子體共振傳感原理，通過探測光纖表面倏逝場區(qū)內(nèi)折射率的變化來分析被測生物分子的特性，當(dāng)倏逝場的區(qū)域內(nèi)生物分子發(fā)生識別反應(yīng)時，金屬薄膜表面的折射率會隨之變化從而改變表面波的共振角度。當(dāng)倏逝場的區(qū)域內(nèi)生物分子發(fā)生識別反應(yīng)時，金屬薄膜表面的折射率會隨之變化從而改變表面波的共振角度。共振角度變化的幅值取決于倏逝場區(qū)的平均有效折射率，通過檢測這一變量就能夠確定分析物在該區(qū)域的結(jié)