小型角度調(diào)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(xué)變化的光學(xué)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(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)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(fù)雜、需要標(biāo)記、耗時(shí)長、樣品耗費(fèi)量大，而SPR傳感檢測則具有免于標(biāo)記、實(shí)時(shí)檢測、樣品消耗量低等優(yōu)點(diǎn)，成為生物化學(xué)

2、傳感器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　自20世紀(jì)80年代以來，國外關(guān)于SPR檢測生物化學(xué)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(nèi)對SPR傳感儀器的研究稍晚，但相關(guān)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(shí)驗(yàn)室研究的傳感平臺(tái)，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(yàn)等方便的應(yīng)用有重要意義。
　　本文的目的在于研制一款基于角度調(diào)制模式的小型便攜S

3、PR傳感儀器，為實(shí)現(xiàn)儀器小型化進(jìn)行如下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)：第一，為達(dá)到一定的檢測精度，儀器的SPR檢測模式為角度調(diào)制。通過特定棱鏡設(shè)計(jì)，改變傳統(tǒng)SPR儀器通過龐大轉(zhuǎn)角設(shè)備得到多角度的方式，使用聚焦準(zhǔn)直入射光束實(shí)現(xiàn)多角度入射；第二，縮短光路，使用聚焦能力較強(qiáng)的平凸透鏡使光束在極短光路內(nèi)匯聚一點(diǎn)，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(dǎo)體激光器作為光源；第四，使用不規(guī)則四邊形棱鏡來實(shí)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(shè)計(jì)，建立小型化SPR傳感檢測模型，并通過MATLAB仿真軟件來確定實(shí)驗(yàn)儀器各部分重要參數(shù)，包括棱鏡材質(zhì)（折射率）、傳感芯片吸附層（鉻層）的鍍積厚度、金屬膜材質(zhì)以及金屬膜鍍積厚度。然后，嘗試設(shè)計(jì)并使用不規(guī)則四邊形棱鏡搭建平臺(tái)進(jìn)行氣液相測試，測試表明不規(guī)則四邊形棱鏡無法同時(shí)滿足液相環(huán)境的檢測和便于機(jī)械固定與攜帶的要求。因而最終使用半圓柱棱鏡來進(jìn)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(shí)驗(yàn)中非常關(guān)鍵的步驟，這是實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒焖偻瓿傻谋ＷC。流通池的制作需要達(dá)到不出現(xiàn)液體滲漏以及樣品耗費(fèi)量少的目標(biāo)，本文中采用PMMA壓板與硅橡膠墊圈結(jié)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)對軟件采集界面的二次開發(fā)。MFC軟件界面可以同時(shí)檢測各個(gè)像素點(diǎn)在同一時(shí)刻的光強(qiáng)值差異，以及檢測規(guī)定像素點(diǎn)隨時(shí)間變化的光強(qiáng)值。同時(shí)，軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，通過與MATLAB聯(lián)合編程的方式，調(diào)用MATLAB內(nèi)部函數(shù)進(jìn)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(jìn)行校準(zhǔn)，分析儀器靈敏度；然后利用BSA蛋白作為樣本進(jìn)行檢測，完成SPR儀器穩(wěn)定性、重復(fù)性以