[发明专利]一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面等离子体共振生物传感器，具体涉及一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法。

背景技术

表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)是光束通过介质表面与金属薄膜耦合而产生的一种物理光学现象。1902年，Wood在光学实验中首次发现了这一现象。形成SPR的必要条件之一是金属与电介质界面的存在，当平行表面的平行光以大于全反射临界角的某一角度入射，如果其频率与金属表面振荡的自由电子(即等离子)频率一致，入射光就会被耦合入表面等离子体内，在这个角度由于表面等离子体共振将引起对入射光束能量的显著吸收从而使反射率显著减少，出射光谱中必然会呈现一个吸收峰。SPR对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，把入射到金属膜上的光按入射角度或者波长变化来扫描，如果金属膜表面的光学折射率由于结合了生物分子而发生微小变化,那么出射端得到的光谱吸收峰的位置也会所变化，这是SPR生物传感器的理论基础。

1983年，Liedberg等首次将表面等离子体共振技术用于化学传感器领域，并研制出基于表面等离子体共振原理的气体传感器。1990年，瑞典BIAcore公司开发出世界上第一台商业化的SPR生物分子相互作用分析仪。之后，SPR生物传感器的研究全面展开并不断深入，其应用范围也不断扩大。由于SPR传感器具有能够实时检测生物分子间相互作用、方便快捷、无须标记样品及样品需要量少等特点，已经成为一种成熟的检测生物分子间相互作用的方法，广泛应用于蛋白质组学、受体/配体、抗体/抗原分子结合、免疫识别、癌症研究和新药筛选等生命科学领域，用于实时和动态研究蛋白质/蛋白质、蛋白质/核酸、新药分子/靶蛋白等生物分子的相互作用过程。

在SPR仪器市场上，目前Biacore和Spreeta SPR仪器产品占据绝大部分国际国内市场。其中，Biacore仪器采用入射角扫描方式，它需要精确的机械转角仪，而精密转角仪通常比较沉重，再加上液流控制系统，这类台式仪器仅适合于具备一定条件的实验室应用，且价格昂贵。Spreeta TM虽属便携式SPR仪器，但仍然需要液流输送系统，并且灵敏度不如台式Biacore。光纤SPR传感器可使仪器系统微型化，是便携SPR仪器发展的重要方向。

US5359681专利描述了一类光纤传感器，包括传输型传感器和终端反射型传感器，其中传输型传感器仍然需要液流输送系统，而终端反射型SPR传感器则可将光纤传感探针插入试管中的液体进行测量而无需液流输送系统。但是这种基于多模光纤的探针式SPR传感器虽然可直接在试管中测量但也存在一些缺陷，例如，由于光在光纤传感探针中的多模传输以及未去除s偏振光，与棱镜耦合的台式SPR相比，其共振峰宽而低，从而造成的信噪比降低。另一方面，在圆形光纤表面抛光和镀膜均需要特殊的抛光工艺和专用的镀膜装置从而使SPR传感探头制备工艺复杂，成本较高。这些缺陷限制了这类便携式SPR装置的广泛应用。单模光纤可保持激发光的偏振态；只耦合单一反射角的光纤进入光纤SPR传感器，能得到反射本底较弱的较尖锐的SPR共振峰。CN 101769857专利描述了一种基于单模光纤的SPR方案。目前光纤SPR传感器所存在的问题是：多模光纤SPR的灵敏度和信噪比不高，谐振波长具有弥散性；而单模光纤芯径尺寸小，耦合光较弱。另外，光纤SPR传感探针制备工艺也比平面传感片复杂。为了克服上述问题，出现了不用光纤，而是用光学玻璃棒加工的传感器探头(Takuo Akimoto，Analytica Chimica Acta 610(2008)119–124)，但需要分束镜，反射光只有不到二分之一的光强进入光谱仪，信号损失一半以上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携探入式表面等离子体共振生物传感器及其制备和检测方法，该生物传感器制备成本低，工艺简单，能够实现便携式、插入式的SPR测量时，在进行SPR测试时其信噪比与检测灵敏度与棱镜耦合的台式SPR仪器相同。

为了达到上述目的，本发明便携探入式表面等离子体共振生物传感器包括横截面为矩形的条状光学玻璃，且条状光学玻璃顶部为入射端，底部为反射端，且作为反射端的底部镀有金属内反射膜，条状光学玻璃底部相对的两个侧面上镀有纳米铬膜，纳米铬膜上镀有金膜，金膜的表面还自组装有生物分子敏感层，生物分子敏感层是将组装在金膜表面的11-巯基烷二酸单分子层用EDC/NHS活化，然后再与生物探针结合得到的；