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，在生化檢測領(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。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，所需要檢測的物質(zhì)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(xì)胞、微生物、抗原抗體、癌細(xì)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(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，由于光信號對外界環(huán)境變化非常敏感，將生物反應(yīng)程度通過光信號表達(dá)，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(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，用來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。本文具體研究內(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(jié)合生物素-親和素反應(yīng)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(jié)構(gòu)作為敏感元件將SA濃度信號轉(zhuǎn)換為光信號進行表達(dá)。實驗通過人為的施加干擾驗證了該傳感器對目標(biāo)物質(zhì)具有特異性吸附能力，表明該傳感器能準(zhǔn)確識別待測物質(zhì)，在一定濃度范圍內(nèi)能實現(xiàn)定量測量，在抗原抗體檢測、蛋白質(zhì)檢測等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。
　　2、提出并實現(xiàn)了一種基于光纖結(jié)構(gòu)、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(zhì)各異，很多具有易燃、腐蝕、強酸強堿等性質(zhì)的液體不能用常規(guī)的機械或電學(xué)傳感器進行液位測量。這里設(shè)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(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的變化。實驗結(jié)果表明液位深度與布拉格波長具有良好的線性關(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，從而改變液位的測量精度和測量范