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光纤倏逝波生物传感器以光波在光纤内传播时产生的倏逝波激发纤芯表面因生物反应而形成的荧光复合物,从而检测被测生物物质的属性和含量。倏逝波穿透深度只有波长量级。光纤倏逝波生物传感器具有灵敏度高、特异性强、操作简便、可进行现场检测、可监测生物反应的动态过程等优点。
本论文的目的是研制两种类型的光纤倏逝波生物传感器,可以满足不同场合的检测要求。主要内容和创新点如下:
1.基于电磁波理论,分析并讨论了倏逝波的特性;首次提出激发光在纤芯-溶液界面的最佳入射角范围,即应该比临界角大1°-3°。这可提高光纤倏逝波生物传感器检测结果的稳定性和一致性,同时又不影响荧光激发效率。
2.从荧光激发和接收效率出发,分析了光纤倏逝波生物传感器中的信噪比增强措施,提出用环形照明可以提高荧光激发效率,并给出了具体的技术方案;详细讨论了光纤探头形状对荧光激发和接收效率的影响,提出无传输段光纤探头的概念与设计方法,解决了模式失配问题。
3.研制成功一种单探头光纤倏逝波生物传感器:对纯净Cy5染料溶液的检测灵敏度达到0.01nmol/l,在0.01-100nmol/l浓度范围内具有良好的响应特性;对0.01μmol/l核酸样品的检测信噪比达到4.61;观测到了抗原-抗体反应的动态过程;对鼠疫F1抗原的检测灵敏度优于100ng/ml,所需最少样品溶液量为100μl,最少净样品量为10ng。
4.研制成功一种多探头光纤倏逝波生物传感器:5个光纤探头对纯净Cy5染料溶液的检测灵敏度达到0.01nmol/l,在0.01-100nmol/l浓度范圈内具有良好的响应特性,5个光纤探头检测结果一致性优于10%。
5.以上实验结果都与国外商品化CCD型生物芯片扫描仪的检测结果一致;同时,两种光纤倏逝波生物传感器的性能具有很好的一致性;主要实验结果与国外报道的同类生物传感器的检测结果一致。
6.多探头光纤倏逝波生物传感器的特色是:利用同一套光学系统、光电转换与信号放大系统,以扫描方式测量各光纤探头的荧光信号,保证检测结果的高度稳定性和一致性。
7.两种光纤倏逝波生物传感器的设计均获得国家发明专利。