光學生物傳感器

1、關于光學生物傳感器第1頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四生物傳感器定義生物傳感器對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件（包括酶、抗體、抗原、DNA、蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)）與適當?shù)睦砘瘬Q能器及信號放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。第2頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四生物傳感器原理與結(jié)構(gòu) 生物傳感器由分子識別部分（敏感元件）和轉(zhuǎn)換部分（換能器）構(gòu)成，以分子識別部分去識別被測目標，是可以引起某種物理變化或化學變化的主要功能元件。分子識別部分是生物傳感器選擇性測定的基礎。生物體

2、中能夠選擇性地分辯特定物質(zhì)的物質(zhì)有酶、抗體、組織、細胞等。這些分子識別功能物質(zhì)通過識別過程可與被測目標結(jié)合成復合物，如抗體和抗原的結(jié)合，酶與基質(zhì)的結(jié)合。第3頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四轉(zhuǎn)換器生物光學傳感器 生物光學傳感器利用被測物質(zhì)與探測試劑反應后引發(fā)的光學信號變化（熒光、顏色、折射率變化等）作為探測基礎，一般由傳感層、光信號轉(zhuǎn)換和放大處理三個功能模塊組成。傳感層待測物第4頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光學DNA生物傳感器類型 由于光學的方法具有非破壞性和高靈敏度的優(yōu)點，因此生物光學傳感器在生物活性物質(zhì)探測方面有著廣泛的應用。目前研究的用于

3、DNA檢測的光學生物傳感器有光纖式、表面等離子諧振式、光波導式等類型。第5頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四大多數(shù)DNA傳感器，不論是光學的還是電類的，都是建立在DNA雜交的基礎上，即DNA堿基配對和系列互補原理，它是由固定有已知的核甘酸序列的單鏈DNA(亦稱之為ssDNA探針)的電極(探頭)和換能器兩部分組成。第6頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四1.1 光纖DNA生物傳感器的工作原理光纖 DNA 生物傳感器是將單鏈DNA 探針固定在mm級的光導纖維的末端上, 然后將若干條固定有單鏈 DNA探針的光導纖維合成一束, 形成一個微陣列的傳感器裝置.第7

4、頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四1.1 光纖DNA生物傳感器的工作原理 圖1 光纖DNA生物傳感器裝置圖第8頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四1.2 光纖DNA生物傳感器的優(yōu)點 可進行液相雜交檢測可在線和實時檢測可對活體內(nèi)核酸動態(tài)進行檢測靈敏度高；特異性強光纖傳輸功率損耗小，傳輸信息容量大第9頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四1.3 光纖DNA生物傳感器的應用 用于模式寡核苷酸的檢測用于 DNA損傷的檢測用于基因檢測用于藥物檢測用于酶的檢測第10頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四2.SPR(Surface

5、 plasmon resonance biosensors) 生物傳感器的工作原理 SPR是一種物理光學現(xiàn)象,是電磁波所激發(fā)的在金屬和電介質(zhì)交界面上形成的影響電磁波傳播的諧振波。表面等離子體(SP)是沿著金屬和電介質(zhì)間界面?zhèn)鞑サ碾姶挪ㄐ纬傻?。?1頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四2.1 SPR生物傳感器的工作原理圖第12頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四表面等離子體共振測量（SPR）技術是近幾年發(fā)展起來的生物光學檢測技術，它利用了衰減全內(nèi)反射的原理。當光從棱鏡等光密介質(zhì)以大于布儒斯特角入射到金屬薄膜等光疏介質(zhì)時會有一部分光以倏逝波的形式繼續(xù)在金屬薄

6、膜中傳播，其強度呈指數(shù)式衰減。膜的光會激發(fā)金屬薄膜中的自由電子產(chǎn)生振動，當這部分光的波矢量與自由電子產(chǎn)生的表面等離子體的波矢量相同時，就會產(chǎn)生表面等離子體共振，反射光能量急劇下降的現(xiàn)象。將DNA、蛋白質(zhì)、抗體（抗原）的生物活性分子固定在金屬膜上形成生物敏感膜層，當生物敏感膜層與待測物接觸后，其折射率會發(fā)生變化，表面等離子體共振生物傳感器通過準確的測定膜層折射率的變化對待測物實現(xiàn)無標記檢測。第13頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四2.2 SPR生物傳感器的優(yōu)點測量準確度高無需對待測分子進行標記處理響應快 , 體積小 , 機械強度大 , 抗電磁干擾能力強可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程采集和

7、連續(xù)的在線監(jiān)控可實時檢測，也易于微型化和集成化 第14頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四2.3 SPR生物傳感器的應用藥物篩選蛋白質(zhì)檢測和蛋白-蛋白相互作用等蛋白質(zhì)組學研究 食物檢測和環(huán)境監(jiān)控遺傳分析（DNA檢測分析）第15頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四3.1 光波導DNA生物傳感器的工作原理 圖3 光波導DNA生物傳感器裝置圖第16頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四3.2 光波導DNA生物傳感器研究狀況 光波導DNA生物傳感器光波導DNA生物傳感器是在光波導載波片表面制成ssDNA探針陣列，將光波導載波片與另一片載波片疊加

8、在一起，中間形成175“m厚、254一寬的通道。在此通道中含有生物素標記的DNA和抗生物素一硒結(jié)合物的溶液與ssDNA探針雜交，抗生物素與生物紊結(jié)合，使硒粒子聚焦在光波導載波片表面ssDNA探針的雜交部位上。以燈光經(jīng)狹縫照射光波導邊緣，光線在波導內(nèi)以全反射方式傳播，在溶液中距波導載波片表面100300nm形成的隱失波場中產(chǎn)生散射。利用CCD相機可記錄下散射光信號的圖樣，經(jīng)計算機分析處理，可獲得DNA雜交的圖譜。采用該原理設計的DNA生物傳感器由于對技術要求很高，現(xiàn)仍然處于實驗室的研究階段，而且相對于光纖來說，它的實用價值較差。第17頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光學DNA生物傳感器 綜合比較上述三種光學生物傳感器 我們會發(fā)現(xiàn) 生物傳感器的設計涉及