基于光纤传感的蛋白质测试机理及实验

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生物传感器是能将生物敏感材料和合适的化学换能装置相结合,实现快速检测物理、化学和生物量的器件,已在医学检验、食品发酵、食品检疫和环境监测等领域发挥重要作用。生物传感器非常重要的用途之一便是对蛋白质进行检测,为了实现微量蛋白的快速在线实时检测,本文提出了一种TFBG-SPR蛋白质分子检测方法,研制了对应的分子探针。该探针利用待测物质与敏感膜结合引起的金属倏逝场区有效折射率的变化以实现检测,此方法提高了传感器的灵敏度,缩小感知体积,可灵活应用于现场快速检测要求。论文介绍了TFBG耦合模理论与表面等离子体共振技术,分析了二者结合后的TFBG-SPR传感检测原理,又针对本文所做蛋白质分子探针做了进一步的探讨,从理论方面论证了制作该探针的可行性。在确定蛋白质固定方法时查阅大量国内外文献,从蛋白质所需试剂、实验环境条件、实验所需时间和蛋白质固定效果等方面综合考虑,最终选取合适的蛋白质固定方法。论文依次完成了半胱胺盐酸盐的增覆、IgG抗原增覆和抗原抗体杂交实验,分析所有实验数据,得出结论为:在镀金TFBG表面增覆半胱胺盐酸盐的过程中,明显观察到TFBG透射谱包层模光强和波长发生变化,证明了半胱胺盐酸盐水溶液中的巯基正和金膜反应生成金硫键;IgG抗原多次增覆引起了包层模的变化;IgG抗原抗体杂交反应引起包层模的特征阶波长偏移,验证了TFBG-SPR分子探针的有效性,整个实验过程中使用的蛋白质量微小。本论文主要的研究内容及所获研究成果有:1.结合倾斜光纤光栅耦合模理论和表面等离子共振技术,分析了TFBG-SPR传感检测原理,设计了TFBG-SPR蛋白质分子探针实现方案,论证了制作分子探针的可行性。2.总结了现有的蛋白质固定方法和基本过程,综合实验所需试剂、实验条件和实验设备要求等因素,选取合适本实验的蛋白质固定方法。3.进行了光纤和TFBG的端面镀膜,分析了各自镀膜前后反射谱的变化。4.制备了检测IgG抗体的蛋白质分子探针,完成了蛋白质检测相关实验与数据分析,得出基于TFBG-SPR的蛋白质分子探针的制备工艺流程。由于实验条件和时间限制,本论文对TFBG-SPR蛋白质分子探针的研究存在不足之处有:探针所采用的金属镀膜工艺需要加以改进,镀膜厚度及金膜固定效果有待提高;镀膜的材料只选择纯金,没来得及尝试其他合金;需要进一步完成终端反射式的TFBG-SPR蛋白质分子探针的抗原抗体实验。从本文理论分析和实验结果来看,TFBG-SPR蛋白质分子探针能够基本满足实际应用中的生物传感器低成本、微型化、特异性要求,具备更高的灵敏性,有着较好的发展前景。
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