光纖傳感技術(shù)在生化領(lǐng)域的應(yīng)用研究.pdf

1、光纖傳感器自1962年第一次提出便引起廣泛關(guān)注，并迅速成為研究熱門(mén)，在生化檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為生命科學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，所需要檢測(cè)的物質(zhì)越來(lái)越多，從先開(kāi)始出現(xiàn)的葡萄糖傳感器，到現(xiàn)在出現(xiàn)了細(xì)胞、微生物、抗原抗體、癌細(xì)胞蛋白傳感器，對(duì)其精度的要求也越來(lái)越高。最近幾十年，光電技術(shù)逐漸被應(yīng)用在生物傳感領(lǐng)域，使得生化傳感器得到快速發(fā)展，由于光信號(hào)對(duì)外界環(huán)境變化非常敏感，將生物反應(yīng)程度通過(guò)光信號(hào)表達(dá)，可以檢測(cè)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(shù)在生化領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括以下內(nèi)容：基于光纖結(jié)構(gòu)的生物傳感器，涉及生物蛋白（鏈酶親和素，Steptavidia，SA）的檢測(cè)，用來(lái)模擬抗原抗體的免疫反應(yīng)以及一種用于生化領(lǐng)域的基于光纖光柵的容器液位傳感器。本文具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、提出了兩種方案將光纖傳感技術(shù)與生物反應(yīng)原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了鏈酶親和素濃度的檢測(cè)。兩方案分別采用層層自組裝、硅烷偶聯(lián)方法對(duì)光纖進(jìn)行表面改性，結(jié)合生物素-親和素反應(yīng)放

3、大系統(tǒng)對(duì)生物濃度信號(hào)進(jìn)行放大，并采用單模光纖端面菲涅爾反射、長(zhǎng)周期光纖光柵、腐蝕型光纖布拉格光柵三種不同光纖結(jié)構(gòu)作為敏感元件將SA濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行表達(dá)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)人為的施加干擾驗(yàn)證了該傳感器對(duì)目標(biāo)物質(zhì)具有特異性吸附能力，表明該傳感器能準(zhǔn)確識(shí)別待測(cè)物質(zhì)，在一定濃度范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量，在抗原抗體檢測(cè)、蛋白質(zhì)檢測(cè)等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。
　　2、提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于光纖結(jié)構(gòu)、可用于測(cè)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(chǔ)液罐液體性質(zhì)各異，很多具有易燃、腐蝕、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等性質(zhì)的液體不能用常規(guī)的機(jī)械或電學(xué)傳感器進(jìn)行液位測(cè)量。這里設(shè)計(jì)了一種基于塑料波紋管封裝的光纖布拉格光柵液位計(jì)，采用液體壓力與大氣壓的差使波紋管帶動(dòng)光纖布拉格光柵產(chǎn)生彈性形變，將液壓變化即液位深度轉(zhuǎn)換為光柵布拉格波長(zhǎng)的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明液位深度與布拉格波長(zhǎng)具有良好的線性關(guān)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(cè)量精度和測(cè)量范