[实用新型]基于光纤布拉格光栅的链霉亲和素浓度传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术与生物蛋白检测技术结合的交叉领域，具体涉及一种基于光纤布拉格光栅的链霉亲和素浓度传感器，利用生物素和链霉亲和素特异性结合的机理和腐蚀性光纤布拉格光栅的布拉格波长对外界环境折射率的敏感特性，实现链霉亲和素的浓度检测。

背景技术

传感器是一种物理装置或者生物器官，可以探测外界的物理信号比如力、声、电、热、光，也可以感受外界环境比如温度、湿度或者烟雾的化学组成，并将探知的信息传递给其他装置或器官。传感器一般由敏感单元，转换单元和传输单元组成。利用酶、抗原抗体、核酸等生物活性单元作为敏感单元的传感器统称为生物传感器。常规的生物传感器装置复杂，样品需求量大，用有毒的(荧光)指示剂，化学分析繁琐复杂，耗费时间也比较长。

光纤传感器的基本原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学特性(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调至的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。由于光纤结构稳定，电绝缘性好，抗电磁干扰能力强，高灵敏度，容易实现被测信号的远距离监控，便于与计算机连接，因此被广泛的应用于传感领域。

光纤生物传感器主要由生物敏感单元和光纤组成，以生物活性单元(酶、微生物、动植物组织切片、抗原抗体、核酸)作为生物敏感单元，利用光纤作为信号转换器捕捉目标物与敏感基元的反应，反应程度由电信号或光信号表达，从而得到被测物信息。这种传感器可以检测生物反应时光信号的变化，通过检测光的强度、振幅、相位等参数确定被检物质的量。与其它传感器相比，这种传感器有不受电磁场干扰，灵敏度高、质量轻、体积小，易于复用(联网)、可远距离遥控监测的优点。光纤生物传感器在生命科学、生物工程、食品工业、环境和农业等方面的应用正在不断发展，尤其是适用于生物体内遥测和在线监测。

链霉亲和素(Streptavidin，SA)是一种从链霉菌中提纯出的一种蛋白质，分子量是52.8k道尔顿。因为它更有利的化学性质，所以它可以用作抗生物素蛋白的替代品。链霉亲和素是一种四聚物，由四条相同的肽链组成，解离常数在10^-14mol/L数量级，它与生物素(Biotin，又称维生素B7或者维生素H)有很强的吸附作用，其每条肽链都能结合一个生物素。生物素和链霉亲和素的吸附作用是目前所知道的最强的非共价相互作用之一，且两者的吸附作用是一种特异性的选择性吸附，即只有亲和素只能与链霉亲和素发生特异性吸附，与其它的蛋白质不发生特异性吸附，具有选择性，在癌细胞、病毒检测领域有很大的潜能。此外，链霉亲和素-生物素系统能有效的防止有机溶剂、变性剂(比如盐酸胍)、洗涤剂以及蛋白质水解酶对其造成破坏，在极端的温度和PH值下也能保持性质稳定，使链霉亲和素广泛的应用于生物分子学和生物纳米技术，准确的测量链酶亲和素的浓度是至关重要的。

利用一定浓度的氢氟酸溶液，将光纤布拉格光栅的栅区腐蚀至一定的深度，使包层的直径减小到一定值，并对腐蚀后的表面进行表面硅烷化修饰，再利用共价结合的机理，使表面携带生物素，在腐蚀后的栅区表面形成特异性吸附膜层，从而可以对链霉亲和素相互吸附形成稳定偶联物。不同浓度的链霉亲和素溶液与生物素结合后会改变栅区表面的折射率，从而影响纤芯中传输的基模有效折射率，使光栅的布拉格波长发生改变，通过检测其光谱的变化，可以实现链霉亲和素溶液浓度的测量。

发明内容

本实用新型的目的就是：为了解决常规生物传感器装置复杂，样品需求量大，用有毒的(荧光)指示剂，化学分析繁琐复杂，检测时间长以及精度不高的缺点，提供了一种结构简单、体积小、可以实现实时在线监测且精度高的基于光纤布拉格光栅倏的链霉亲和素浓度传感器。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于光纤布拉格光栅的链霉亲和素浓度传感器，其特征在于，所述传感器由光源装置、光谱分析仪、传输光纤、三端口光环形器、光纤固定平台、光纤布拉格光栅以及待测溶液组成，所述光源装置的光信号输出端通过传输光纤与所述三端口光环形器的第一端口相连，所述三端口环形器的第二端口通过传输光纤与所述光纤布拉格光栅相连，所述光纤布拉格光栅通过所述光纤固定平台固定，所述三端口环形器的第三端口通过传输光纤与所述光谱分析仪相连。

所述光纤布拉格光栅的栅区利用一定浓度的氢氟酸溶液腐蚀至一定深度，并在腐蚀后的栅区表面修饰具有特异性吸附功能的膜层。