[发明专利]一种荧光式葡萄糖毛细管生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及生化分析和定量技术领域，特别是涉及一种荧光式葡萄糖毛细管生物传感器，能应用于微量样品中微量葡萄糖的浓度检测。

背景技术

当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角等于90°，此时，折射光完全消失，入射光全部返回原来的介质中，这种现象叫做全反射。

实验表明，在全反射时光波不是绝对地在界面上被全部反射回光密介质，而是透入光疏介质很薄的一层表面（约一个波长）并沿界面传播一些距离（波长量级），最后返回光密介质。因为电磁场不可能中断在两种介质的分界面上，它应该满足边值关系，因而光疏介质就会存在透射波。这种透射波即为倏逝波或倏逝场。倏逝场的幅值随与分界面相垂直深度的增大呈指数衰减。

某些物质受紫外光或可见光照射后能发射出与激光波长不同的荧光。物质的激发光谱和荧光光谱，可以用作该物质的定性分析。当激发光强度、波长、所用试剂及温度等条件固定时，物质在一定浓度范围内，其发射光强度与溶液中该物质的浓度成相关关系，可以用作定量分析。利用荧光对未知样品进行化学分析的方法称为荧光分析法。

常规的光纤生物传感器是将光纤作为探头，在光纤探头的表面固定相应的荧光物质作为探针，将光纤探头放入待测溶液中，光纤探头表面荧光物质与溶液中待测物质相互作用发出荧光，通过探测荧光强度实现溶液中待测微量物质的浓度测定。现有技术中存在的主要问题有：

1、常规的基于倏逝场的荧光检测采用探测光纤探头与待测溶液分离的方式，待测溶液用量远大于实际参与浓度检测的有效样品量，所以常规检测中大量的试剂被浪费，实验成本高，很难实现样品的微量检测分析。

2、常规的检测中操作过程不够简单。

3、常规检测溶液的用量较大，所以其他干扰因素的影响较大，导致检测灵敏度。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种荧光式葡萄糖毛细管生物传感器。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种荧光式葡萄糖毛细管生物传感器，该生物传感器包括纳米传感器、毛细管耦联器、毛细管、光源、光纤光谱仪和探头，所述纳米传感器分布在毛细管内壁，所述毛细管耦联器与光纤和软管相连，通过光纤接收所述光源发出的激发光，通过软管接收待测液，所述待测液与纳米传感器在所述激发光产生的倏逝场激发下产生新的荧光光谱由所述探头接收，该探头将接收到的荧光光谱传输给光纤光谱仪分析。

所述的探头设置在毛细管外并贴近毛细管。

所述纳米传感器均匀分布在毛细管内壁。

所述纳米传感器为葡萄糖氧化酶荧光纳米传感器，传感器中的纳米粒子内部包埋荧光参比分子与氧气探针分子，外部修饰葡萄糖氧化酶。

所述毛细管为石英毛细管。

本发明的测定原理：

1.倏逝场

激光以一定角度入射到毛细管端面后，在毛细管内壁发生全反射，如图3所示；同时在垂直于毛细管轴向的方向产生倏逝场，倏逝场的幅值随与分界面相垂直深度的增大呈指数衰减，如图4所示。

当光从光密介质入射到光疏介质，设光密介质和光疏介质折射率分别为n₁、n₂。由全反射公式则即θ_c为全反射时的临界角。

对于给定的折射率参数，要提高倏逝场激发和吸收的区域必须使入射角在临界角θ_c附近，当入射角超过临界角θ_c时，倏逝场的强度将快速下降。

本发明用到石英毛细管和一种水溶液，石英的折射率为n₁=1.46，待测溶液的折射率近似为水的折射率，取为n₂=1.33，由全反射临界角计算得出θ_c=65.638°。本发明中激发光以θ_c=65.638°的入射角入射到毛细管壁，可使倏逝场的强度达到最大。

2.荧光检测原理

本发明的检测是基于葡萄糖与氧气的反应: