一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法

摘要

本发明涉及一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法，基于改变检测样品放置方式或者光源入射方向而实现的导模共振生物传感器最大检测灵敏度方法，改变宽带ASE光源的入射方向，或者变化生物试剂与滤波器的结合位置（上表面或者下表面），检测共振峰值移动，得到系统灵敏度的变化。这种样品的变化同时有折射率的变化以及厚度的变化，即可得到系统对于样品折射率以及样品厚度变化的灵敏度。能够简单快速提高系统检测灵敏度。具有很大的通用性，不仅提高了导模共振生物传感系统的灵敏度，还可以有效保护滤波器的微纳结构不受测试生物样品污染。

说明书

技术领域

本发明涉及滤波器灵敏度，特别涉及一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法。

背景技术

在食品加工，环境检测，医疗检测，基因工程等研究方向上，生物或者化学样品的检测问题越来越受到人们的关注。光学方法来检测生物或者化学样品是比较常见的方法。光学方法一般通过测试一个参数，例如，吸收，透过，散射，相位等，来得到生物分子的一些特征。常见的应用例如有，分光光度计检测DNA的OD280/OD260的透过以确定DNA纯度,表面等离子体检测毒素等。光学无标签检测方法越来越受到人们的重视，主要原因是无标签方法直接将要检测（捕获）的生物分子（抗原抗体等）放置在处理过的光学表面上，这样要检测的生物分子簇就相连在相邻的生物井中，这样便于高通量，多参数检测。导模共振片用来检测生物小分子是其中比较成熟和有前景的一种。导模共振滤波器直接将感应到的附着样品分子间的变化转变为共振波峰的移动。表面光子晶体产生的窄带光学共振可以设计出很窄的倏失场，共振波长可以从紫外覆盖到红外。这种很窄的共振波峰可以通过分辨率极高的光谱分析仪来测得。将导模共振滤波器作为主要滤波传感器件，搭建光学检测系统，实现生物样品的无标签检测。除此之外，在相关的在先专利文献方面，如中国发明专利案（公开号CN 102317781A），只说明了各种适体配体等生化反应对共振峰的改变，没有说明样品的具体样品放置方法以及光源入射方向对整个系统检测灵敏度的影响。而实际上滤波器上样品的放置方式和光源的入射方向会对光束在滤波器的传播以及衍射效果产生影响，导致同一滤波器相同量的样品最终检测到的共振波峰所在波长位置的不同，也就是整个系统检测灵敏度不同。

发明内容

本发明是针对导模共振滤波器检测灵敏度低的问题，提出了一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法，操作方便，而且可以保护导模共振滤波器的一维光栅或者二维光子晶体结构，同时通过对比4种影响方式，得到最大的检测灵敏度实现方法。

本发明的技术方案为：一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法，具体包括如下步骤：

1）导模共振生物传感器从上至下依次为光栅层、波导层和基底，选定待测样品，将待测样品均匀吸附至于光栅层的表面；

2）用光源作为入射光垂直入射到待测样品的表面，然后通过耦合将其透射光耦合进光纤入光谱仪测试出导模共振生物传感器波峰的移动曲线；

3）用光源作为入射光垂直入射到基底的表面，然后通过耦合将其透射光耦合进光纤入光谱仪测试出导模共振生物传感器波峰的移动曲线；

4）导模共振生物传感器从上至下依次为光栅层、波导层和基底，选定待测样品，将待测样品均匀吸附至于基底的表面；

5）在步骤4）得到导模共振生物传感器重复步骤2）和3），分别得到光源作为入射光垂直入射到待测样品的表面和基底的表面后，导模共振生物传感器波峰的移动曲线；

6）比较步骤2）、3）、5）所得导模共振生物传感器波峰的移动曲线，得到导模共振生物传感器对待测样品折射率以及厚度变化的灵敏度。

本发明的有益效果在于：本发明提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法，能够简单快速提高系统检测灵敏度。具有很大的通用性，不仅提高了导模共振生物传感系统的灵敏度，还可以有效保护滤波器的微纳结构不受测试生物样品污染。

附图说明

图1为本发明待测样品层的吸附表面位置以及光源入射方向实施例1示意图；

图2为本发明待测样品层的吸附表面位置以及光源入射方向实施例2示意图；

图3为本发明待测样品层的吸附表面位置以及光源入射方向实施例3示意图；

图4为本发明待测样品层的吸附表面位置以及光源入射方向实施例4示意图；

图5为本发明实施例1～４产生的滤波器共振峰值变化图。

具体实施方式

基于导模共振原理以及光栅层不同介质对于实际滤波器的共振峰值的影响。

这种基于改变检测样品放置方式或者光源入射方向而实现的导模共振生物传感器最大检测灵敏度方法，改变宽带ASE（光源的入射方向，或者变化生物试剂与滤波器的结合位置（上表面或者下表面），检测共振峰值移动，得到系统灵敏度的变化。这种样品的变化同时有折射率的变化以及厚度的变化，即可得到系统对于样品折射率以及样品厚度变化的灵敏度。

如图1～４所示待测样品层的吸附表面位置以及光源入射方向实施例1～４示意图，本发明的所用滤波器的结构参数是是以BK7作为基底3，波导层2与光栅层1折射率同为1.874，厚度为 =250nm，，厚度是=366nm，光栅层1光栅周期是986nm，填充系数是0.5，覆盖层是空气层。样品1层为维生素，折射率为1.45，厚度为6nm。样品2亲和素层与样品1维生素层组成的整体折射为1.502，厚度为9nm。

用宽带光源作为入射光垂直入射到样品的表面，然后通过耦合将其透射光耦合进光纤入光谱仪测试出导模共振滤波器波峰的移动。检测系统包括宽带放大自辐射光源，反射式准直器，光纤，空间光耦合器，导模共振滤波器传感器，样品池，光谱分析仪。

待维生素亲和素加入样品室并通过生物分子间共价键结合之后，改变宽带ASE光源的入射方向和样品放置方式，检测导模共振滤波器共振峰值移动。如图1生物试剂均匀至于滤波器的上表面，ASE光源顶部垂直入射；图2生物试剂均匀至于滤波器的上表面，ASE光源底部垂直入射；图3生物试剂均匀至于滤波器的下表面，ASE光源顶部垂直入射；图4生物试剂均匀至于滤波器的下表面，ASE光源底部垂直入射。这种样品的加入同时带来折射率的变化以及厚度的变化，即可得到系统对于样品折射率以及样品厚度变化的灵敏度。从图5可以看出上述4种情况下，最终生物样品放置在滤波器的底部并且顶部垂直入射时得到最大折射率灵敏度。样品放置在滤波器的底面并且底部垂直入射时得到最大的厚度灵敏度。本发明实现方法实施方便，广泛应用于无标签光学生物传感领域。