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(shí)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(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生命、化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)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(cè)時(shí)先用熒光素、放射性同位素或酶等標(biāo)記物對(duì)被測(cè)生物進(jìn)行標(biāo)記，然后通過檢測(cè)標(biāo)記物的信號(hào)來獲取被探測(cè)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(cè)，對(duì)于工作人員具有一定的危害，用熒光檢測(cè)時(shí)非特異性熒光也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。標(biāo)記型生物傳感器所用的測(cè)試儀器體積大、價(jià)格昂貴、耗時(shí)，需要專業(yè)人員完成，并且指示劑價(jià)格昂貴，要集合幾十個(gè)樣本同時(shí)測(cè)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(duì)探測(cè)物進(jìn)行標(biāo)記，而是直接通過生物復(fù)合物形成時(shí)的物理、化學(xué)變化對(duì)生物對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，極大地簡(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)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(cè)方法又可以將生物化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)信號(hào)，不需要加入標(biāo)記物，測(cè)試過程簡(jiǎn)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(cè)物質(zhì)直接接觸時(shí)發(fā)生的特異性吸附反應(yīng)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，檢測(cè)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(duì)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(shí)，目標(biāo)分子會(huì)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(hào)的特性，如：諧振波長、光功率等。通過檢測(cè)傳感器輸出光信號(hào)的變化就可以對(duì)被測(cè)生物分子的物理化學(xué)特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)；另一部分是傳輸段，主要負(fù)責(zé)光信號(hào)的傳輸，一般會(huì)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(cè)光纖表面倏逝場(chǎng)區(qū)內(nèi)折射率的變化來分析被測(cè)生物分子的特性，當(dāng)倏逝場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)生物分子發(fā)生識(shí)別反應(yīng)時(shí)，金屬薄膜表面的折射率會(huì)隨之變化從而改變表面波的共振角度。當(dāng)倏逝場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)生物分子發(fā)生識(shí)別反應(yīng)時(shí)，金屬薄膜表面的折射率會(huì)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(chǎng)區(qū)的平均有效折射率，通過檢測(cè)這一變量就能夠確定分析物在該區(qū)域的結(jié)