基于多模和无芯光纤SPR效应的生物传感研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:quake_bj
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表面等离子体是指位于金属表面的电子跟光子之间进行互相作用激发的顺着金属表面传播的电子疏密波。一般由表面等离子体激发的光纤传感器,被称为基于表面等离子体共振(SPR)的光纤传感器,可归为折射率传感装置这一列。当入射光的能量和动量恰巧与表面等离子体波的能量和动量匹配时,能够于金属薄膜和电介质之间的界面处激发SPR。光子所携带的能量被耦合到金属中的电子上,从而实现了光强度的急剧下降。表面等离子体波的传播常数和周围介质的折射率有着不可分割的内在联系。因此,即使在金属薄层附近的折射率发生极小的变换也可以在谐振波长上产生可测量的偏移。(1)我们的第一个工作是制造了一种基于SPR的用于人体免疫球蛋白G(HIg G)检测的D型光纤生物传感器。SPR现象既通过COMSOL进行仿真得到,又通过实验观察到了。为了制造传感器,使用砂轮对多模光纤的包层进行抛磨,以获得D型横截面。紧接着,金膜作为金属薄膜被我们溅射在多模光纤的表面上。通过COMSOL仿真确定最佳抛磨深度。实验的结果表明,优化后的传感器表现出高折射率灵敏度,折射率值从1.343增至1.373,其灵敏度从1590.9nm/RIU增至3513.3 nm/RIU。随后,依次沉积聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS),以形成用于光纤表面功能化的聚电解质自组装多层。选择HIg G和山羊抗人免疫球蛋白G(Ga HIg G)作为抗原抗体对,以评测生物传感器的功能。由实验结果得到,HIg G浓度灵敏度为91 nm/(mg/ml)。通过使用明胶,马Ig G和猪Ig G进行的比较测试,也验证了生物传感器的特异性。所获得的结果充分证明了基于SPR的D型光纤生物传感器适用于各种各样的生化应用。(2)第二项研究提出了一种简便,快速而有效的方法来制造光纤SPR生物传感器。将一定长度的无芯光纤熔接在两根多模光纤之间,用来构造多模-无芯-多模的光纤结构。实验结果证实,该多模-无芯-多模光纤结构镀上一层薄薄的金膜后能够有效激发SPR。我们制造了三种不同长度的传感器结构。无芯光纤的长度分别为1 cm,1.6 cm和2 cm。并且,当食盐溶液的折射率从1.33变为1.3883时,折射率的灵敏度分别测量为2129.66 nm/RIU,2294.33 nm/RIU和2307.93nm/RIU。经过全面比较,我们选择了无芯光纤长度为1.6 cm的多模-无芯-多模光纤传感器进行生物实验。将抗体直接固定在金膜表面上后,该生物传感器能够以215 nm/(mg/m L)的灵敏度选择性检测人免疫球蛋白G(HIg G)。检测极限为0.093μg/m L。该生物传感器显示出有效的抗体固定能力和对HIg G检测的高灵敏度,充分证明了其在更广泛的生物医学或化学领域中的潜在应用。
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