小型角度調制型SPR生物傳感器的研究.pdf

1、表面等離體激元共振（surface plasmon resonance,SPR）生物傳感器是一種常用于測量生物、化學變化的光學傳感器，可檢測生物大分子相互作用（蛋白和蛋白、蛋白和DNA、DNA和DNA等），在醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領域有較廣泛的應用。用于生物大分子相互作用檢測的傳統(tǒng)方法（如ELISA、RIA等）大多操作復雜、需要標記、耗時長、樣品耗費量大，而SPR傳感檢測則具有免于標記、實時檢測、樣品消耗量低等優(yōu)點，成為生物化學

2、傳感器領域的一個研究熱點。
　　自20世紀80年代以來，國外關于SPR檢測生物化學分子相互作用的研究逐漸增加，目前市面上已有商品化的SPR傳感儀器。國內對SPR傳感儀器的研究稍晚，但相關研究也越來越得到廣泛重視。現(xiàn)有SPR傳感器大都體積龐大，不便于攜帶，是只適用于實驗室研究的傳感平臺，研究開發(fā)一種小型便攜的SPR生物傳感器對其在現(xiàn)場檢測、臨床檢驗等方便的應用有重要意義。
　　本文的目的在于研制一款基于角度調制模式的小型便攜S

3、PR傳感儀器，為實現(xiàn)儀器小型化進行如下幾個方面的設計：第一，為達到一定的檢測精度，儀器的SPR檢測模式為角度調制。通過特定棱鏡設計，改變傳統(tǒng)SPR儀器通過龐大轉角設備得到多角度的方式，使用聚焦準直入射光束實現(xiàn)多角度入射；第二，縮短光路，使用聚焦能力較強的平凸透鏡使光束在極短光路內匯聚一點，從而減小整體體積；第三，光源選擇，選擇性能穩(wěn)定與體積較小的半導體激光器作為光源；第四，使用不規(guī)則四邊形棱鏡來實現(xiàn)光源與檢測器同一方向集成，縮小體積。<

4、br>　　本文研究中，首先開展光路設計，建立小型化SPR傳感檢測模型，并通過MATLAB仿真軟件來確定實驗儀器各部分重要參數(shù)，包括棱鏡材質（折射率）、傳感芯片吸附層（鉻層）的鍍積厚度、金屬膜材質以及金屬膜鍍積厚度。然后，嘗試設計并使用不規(guī)則四邊形棱鏡搭建平臺進行氣液相測試，測試表明不規(guī)則四邊形棱鏡無法同時滿足液相環(huán)境的檢測和便于機械固定與攜帶的要求。因而最終使用半圓柱棱鏡來進行小型SPR傳感儀器的搭建。搭建好的儀器原型的尺寸為290mm

5、(L)×190mm(W)×130mm(H)，凈重3kg。
　　流通池的制作也是實驗中非常關鍵的步驟，這是實驗能否成功快速完成的保證。流通池的制作需要達到不出現(xiàn)液體滲漏以及樣品耗費量少的目標，本文中采用PMMA壓板與硅橡膠墊圈結合的方式組成流通通道池，硅橡膠墊圈具有良好的密封性，可實現(xiàn)與傳感芯片和PMMA壓片的緊密貼合，避免出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。同時流通池尺寸控制為10mm(L)?1mm(W)?1mm(D)，耗液量較少。
　　完成小型

6、SPR傳感儀器的組裝后，實現(xiàn)對軟件采集界面的二次開發(fā)。MFC軟件界面可以同時檢測各個像素點在同一時刻的光強值差異，以及檢測規(guī)定像素點隨時間變化的光強值。同時，軟件可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，通過與MATLAB聯(lián)合編程的方式，調用MATLAB內部函數(shù)進行數(shù)據(jù)處理以提高效率。
　　針對所建立的小型化SPR傳感裝置開展儀器性能測試。首先用不同濃度乙醇溶液進行校準，分析儀器靈敏度；然后利用BSA蛋白作為樣本進行檢測，完成SPR儀器穩(wěn)定性、重復性以