[发明专利]一种基于光纤表面等离子体共振的血糖浓度检测系统

说明书

本发明公开了一种基于光纤表面等离子体共振的血糖浓度检测系统，涉及材料增敏基于表面等离子体共振(SPR)的光纤折射率生物传感器用于检测血糖浓度。在传统的光纤SPR传感器的金属层外涂覆氧化锌和二硫化钨材料，用于提高传感器结构的灵敏度与生物检测的兼容性。光纤生物传感器的灵敏度得以提高，就能被广泛应用于医药学和早期疾病诊断。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，具体涉及材料增敏基于表面等离子体共振的光纤折射率生物传感器用于检测血糖浓度，尤其涉及氧化锌和二硫化钨增敏的高灵敏度SPR生物传感器。

背景技术

糖尿病是一种威胁人们健康的常见代谢疾病，血糖检测是临床上糖尿病诊断和治疗的重要环节，但是有些血糖检测的方法不能实现实时检测和快速检测，因此，开发一种有效、灵敏、可靠的血糖浓度检测方法具有重要意义。近年来，已经提出光学传感的方法来检测溶液中葡萄糖的浓度，现在研究的热点主要是基于表面等离子体共振的生物传感器。表面等离子体共振(SPR)是一种物理光学现象，由入射光波和金属导体表面的自由电子相互作用产生。当一束P偏振光在一定的角度范围内入射到光纤内折射面，在与金属薄膜的界面处将产生表面等离子波。当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金属膜内自由电子产生共振。通常分析时，先在光纤传感器表面固定一层生物分子识别膜，然后将待测样品流过光纤表面，待测物与生物识别膜相互作用会引起金属表面折射率的变化，最终导致共振波长产生偏移量。在SPR检测技术中，就是通过测量SPR的光学信号，从而推测金属薄膜表面附着的被测物质(如溶液、生物分子等)的折射率、浓度等信息。SPR检测技术具有原理简单、待测物无需纯化、能实时、高精度地检测动态反应过程等优点。基于光学方法的连续血糖监测由于不消耗待测物葡萄糖，并且不受生物电的电信号影响，对折射率及其敏感并且可以实现实时测量，小型化的光纤SPR传感器被广泛运用与生化检测中。由于葡萄糖氧化酶(GOx)对葡萄糖分子具有特异性吸附特性，所以选择GOx作为生物识别膜来检测血糖浓度，为了提高传感器对GOx的固化程度，可以通过静电吸附来将GOx直接固定在传感器上，但这种结构的不足是需要借助外力来固定GOx，其本身对GOx的的吸附性能不高。

利用二维纳米材料对光纤SPR传感器进行修饰以提升传感器性能成为近年来的研究热点。二硫化钨WS₂作为新兴的二维纳米材料，被认为是类石墨烯材料，具有较好的光响应性和高电子态密度，稳定的载流子迁移率，较大的比表面积，在光电传感领域具有很大的应用前景。如果SPR传感器的灵敏度可以得到提高，SPR技术就能被广泛应用于医药学和早期疾病诊断。

发明内容

本发明的目的在于解决现有光纤SPR生物传感器的灵敏度较低问题，提出一种高灵敏度的光纤SPR生物传感器，可用于检测血糖浓度。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

所述的一种基于光纤表面等离子体共振的血糖浓度检测系统，由宽带光源、输入光纤、液体池、表面等离子体共振光纤生物传感器、输出光纤、光谱仪以及计算机组成。液体池中是待测传感介质，光纤SPR探头浸置于液体池中。其原理为宽带光源发出近红外光，依次经过输入光纤、光纤SPR探头、输出光纤至光谱仪，在光谱仪上接收到具有表面等离子共振峰的光谱图。当将该表面等离子共振光纤生物传感器浸泡入被测血糖溶液中，分析光谱仪得到的光谱，结合波长偏移量与折射率的关系曲线，即可计算得到准确的血液中葡萄糖的浓度。本发明结构简单，易于操作。