光纖傳感技術在生化領域的應用研究.pdf

1、光纖傳感器自1962年第一次提出便引起廣泛關注，并迅速成為研究熱門，在生化檢測領域得到廣泛應用，為生命科學的發(fā)展做出了巨大貢獻。隨著生物技術的發(fā)展，所需要檢測的物質越來越多，從先開始出現(xiàn)的葡萄糖傳感器，到現(xiàn)在出現(xiàn)了細胞、微生物、抗原抗體、癌細胞蛋白傳感器，對其精度的要求也越來越高。最近幾十年，光電技術逐漸被應用在生物傳感領域，使得生化傳感器得到快速發(fā)展，由于光信號對外界環(huán)境變化非常敏感，將生物反應程度通過光信號表達，可以檢測生物量微小含

2、量或濃度的變化。本文研究了光纖傳感技術在生化領域的應用，主要包括以下內容：基于光纖結構的生物傳感器，涉及生物蛋白（鏈酶親和素，Steptavidia，SA）的檢測，用來模擬抗原抗體的免疫反應以及一種用于生化領域的基于光纖光柵的容器液位傳感器。本文具體研究內容如下：
　　1、提出了兩種方案將光纖傳感技術與生物反應原理相結合，實現(xiàn)了鏈酶親和素濃度的檢測。兩方案分別采用層層自組裝、硅烷偶聯(lián)方法對光纖進行表面改性，結合生物素-親和素反應放

3、大系統(tǒng)對生物濃度信號進行放大，并采用單模光纖端面菲涅爾反射、長周期光纖光柵、腐蝕型光纖布拉格光柵三種不同光纖結構作為敏感元件將SA濃度信號轉換為光信號進行表達。實驗通過人為的施加干擾驗證了該傳感器對目標物質具有特異性吸附能力，表明該傳感器能準確識別待測物質，在一定濃度范圍內能實現(xiàn)定量測量，在抗原抗體檢測、蛋白質檢測等領域有較好的應用前景。
　　2、提出并實現(xiàn)了一種基于光纖結構、可用于測量不同深度范圍的容器液位傳感器。目前化工行業(yè)中

4、的儲液罐液體性質各異，很多具有易燃、腐蝕、強酸強堿等性質的液體不能用常規(guī)的機械或電學傳感器進行液位測量。這里設計了一種基于塑料波紋管封裝的光纖布拉格光柵液位計，采用液體壓力與大氣壓的差使波紋管帶動光纖布拉格光柵產生彈性形變，將液壓變化即液位深度轉換為光柵布拉格波長的變化。實驗結果表明液位深度與布拉格波長具有良好的線性關系，在不改變光柵的情況下，使用不同材料的波紋管，即具有不同的彈性系數(shù)，可以改變直線的斜率，從而改變液位的測量精度和測量范