[发明专利]微纳米荧光光纤生物传感检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳米荧光光纤生物传感检测系统及其实现的技术路线，该系统属于自动化检测仪器，属于环境监测、生物医学和临床检验设备制造领域。

背景技术

生物传感器是一种利用某些生物活性物质所具有的选择识别待测生物化学物质的能力而制成的传感器，是一种在分子水平上认识人体化学信息的新型传感器。本发明所描述的光纤生物传感检测系统是将光学检验系统同生物学检测系统相结合组成的，是最近才发展起来的领域。

目前，国内外都对光纤生物传感器进行了大量的研究和开发，相关的报道也比较多，例如，Kopelman在1992年最早构建并使用了基于荧光法的光纤纳米传感器，用于检测微环境中的pH值。该纳米传感器响应时间为300ms，比传统的光纤传感器响应时间缩短1％以上，pH浓度检测下限低于传统传感器六个数量级。这些特性使之适宜于对单个细胞和亚细胞结构的检测。Kopelman等已将其用于小鼠胚胎细胞pH值的检测，这是最早报道用于检测生物样本的纳米传感器[Tan W H，Shi Z Y，Smith S，et al.Submicrometer intracellular chemical optical fibersensors[J].Science，1992，258：778-781]。Dinh等人成功地研制出一种用于检测BPT(Benzo[a]pyrene tetrol，是一种与暴露于致癌物质苯并a芘相关的DNA损伤的生物标志物)的光纤纳米免疫传感器，传感器头部的生物探针上结合了特异性单克隆抗体，通过抗原抗体特异性结合，能够检测单个细胞内的生物化学物质。该传感器的最低检出限是10-21mol[Dinh T V，Alarie J P，Cullum B M，et al.Antibody-basednanoqrobe for measurement of a fluorescent analyte in a single cell[J].Nat Biotechnol，2000，18：764-767.]。国内在光纤生物传感器的研究上也投入了不少，有很多单位进行了相关的研究并取得了一定的成果。例如，武汉理工大学生物材料与工程研究中心闫玉华等以荧光猝灭原理为基础，以钌II邻菲咯啉为荧光试剂制备荧光薄膜，以醋酸纤维素为胆固醇氧化酶固定化载体，研制了胆固醇光纤生物传感器，利用相移法原理，采用锁相放大技术，实现了对胆固醇溶液中溶解氧和胆固醇含量的检测。该传感器具有较高的灵敏度，快的响应时间和较好的稳定性[闫玉华，徐运华等，基于荧光猝灭原理的胆固醇光纤生物传感器的研制，中国生物医学工程学报，23(1)2004年2月：44-47]。中国科学院上海光学精密机械研究所和军事医学科学院微生物流行病研究所的翟俊辉和黄惠杰等人使用直径1mm的石英光纤和635nm激光二极管，利用倏逝波原理制作了光纤生物传感器，实现了对细菌核酸分子的特异性和相对快速检测，其对特定核酸分子的检测可达到纳克级水平[翟俊辉，黄惠杰等，光纤生物传感器用于核酸的特异性检测，分析化学研究学报，31(1)2003年1月：34-37]。

利用光纤传感和现代光学检测设备对人体和其他复杂微环境进行实时检测和检测是一种具有重大实用价值的创新思路。光学传感在环境和医学中的应用已十分广泛，主要有蔬菜残余农药检测仪器、人体血糖检测仪器以及军事上的化学毒气检测仪器等。

综上所述，现有技术存在以下不足：

1.传感光纤与后端检测处理系统的连接固定，检测内容单一，操作不灵活；

2.整个检测系统采用分离光学元件作为光路，仪器可靠性和便携性受到极大限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而为环境检测和临床检验领域提供一种应用范围更为宽广和灵活、可靠性和便携性更好的光纤生物传感检测系统及其实现的技术路线，其特点是采用光纤作为生物传感信号的传输体，后端的检测系统包括光传入系统、光传出系统、光电转换模块、信号调理模块及计算机软件数据采集和处理模块。

在所述的光传入系统和传出系统所组成的光路单元中：光源(不同波长的激光器)与单色仪和传感光纤连成一体，形成光传入系统。在这个系统中，激光器所发出的光通过单色仪的选择性通过作用后，所需的特定波长的光通过单色仪的输出口导入传感光纤中。光传出系统由传感光纤和单色仪组成，传感光信号由光纤导出后经单色仪滤除杂波长光信号，信号光由单色仪输出口导出至后端的光电转换模块和电路处理模块。