光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，屬于光學(xué)信號檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了光學(xué)光纖傳感器量化檢測需另設(shè)參考信號源且標(biāo)準(zhǔn)樣易變，導(dǎo)致量化精度低，易受環(huán)境影響且檢測成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法是在光學(xué)光纖傳感器的光纖中摻雜稀土銩離子，并以稀土銩離子在685nm處的熒光發(fā)射光譜的熒光信號強(qiáng)度作為待測物的熒光信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)參考信號強(qiáng)度。本發(fā)明將自參考光學(xué)光纖傳感器與儀器系統(tǒng)結(jié)合，無需另設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)信號參考源，簡化了儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了測試成本，使用摻雜的稀土離子的熒光信號強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)參考信號，提高了待測物量化檢測的精確度和準(zhǔn)確度，檢測值穩(wěn)定，不受環(huán)境干擾。
【專利說明】光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，屬于光學(xué)信號檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)光纖傳感器是多年來應(yīng)用于多領(lǐng)域物理量測量的傳感檢測的技術(shù)和方法之一，尤其是近年來其在生物醫(yī)學(xué)分析檢測中的應(yīng)用研究成為熱點，現(xiàn)已有多種光學(xué)光纖傳感器已商品化。但是，大多數(shù)光學(xué)光纖傳感器的分析檢測結(jié)果均為定性或半定量分析檢測。除此之外，即使對于進(jìn)行量化分析檢測應(yīng)用的光學(xué)光纖傳感器，都需要采用已知量的標(biāo)準(zhǔn)樣品作為量化參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析檢測，通過繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行量化分析。但是，標(biāo)準(zhǔn)樣品用于各種檢測，尤其是生物分析檢測，所采用的標(biāo)準(zhǔn)參考樣品易受時間和環(huán)境影響，從而影響量化檢測和檢驗的穩(wěn)定性、精度和準(zhǔn)確性。除此之外，基于光學(xué)光纖傳感器的檢測均需要外設(shè)量化檢測標(biāo)準(zhǔn)信號參考源，這將增加分析儀器設(shè)計和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成本。
[0003]稀土離子，如鉺(Er)離子、釔(Yb)離子、銩離子(Tm)和鐿(Yb)離子摻雜光纖激光器已應(yīng)用多年，但這些光纖中摻雜稀土離子的光纖都是應(yīng)用于激光，現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有以稀土離子的熒光信號強(qiáng)度作為光學(xué)檢測的參考信號強(qiáng)度的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決光學(xué)光纖傳感器量化檢測需另設(shè)參考信號源且標(biāo)準(zhǔn)樣易變，導(dǎo)致量化精度低，易受環(huán)境影響且檢測成本高的技術(shù)問題，提供一種光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法。
[0005]本發(fā)明的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法是在光學(xué)光纖傳感器的光纖中摻雜稀土銩離子，并以稀土銩離子在685nm處的熒光發(fā)射光譜的熒光信號強(qiáng)度作為待測物的熒光信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)參考信號強(qiáng)度。
[0006]進(jìn)一步的，還包括，以稀土銩離子在685nm處的熒光信號強(qiáng)度與待測物的熒光信號強(qiáng)度與之比/差作為量化光學(xué)光纖分析檢測值，通過繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)而完成待測物的量化檢測。
[0007]進(jìn)一步的，所述光纖為玻璃光纖或塑料光纖。
[0008]進(jìn)一步的，所述稀土銩離子摻雜在光纖纖芯或光纖的全反層中。
[0009]進(jìn)一步的，所述待測物為生化細(xì)菌戰(zhàn)劑分子、DNA分子或蛋白質(zhì)分子。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011](I)本發(fā)明采用光學(xué)光纖傳感器光纖中稀土銩離子的熒光信號強(qiáng)度作為待測物的熒光信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)參考信號強(qiáng)度，將自參考光學(xué)光纖傳感器與儀器系統(tǒng)結(jié)合，無需另設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)信號參考源，簡化了儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了測試成本，提高了待測物量化檢測的精確度和準(zhǔn)確度，檢測值穩(wěn)定，不受環(huán)境干擾；
[0012](2)本發(fā)明適用于壓力光學(xué)光纖傳感器、溫度光學(xué)光纖傳感器、生化細(xì)菌戰(zhàn)劑檢測光學(xué)光纖傳感器、生物分子檢測光學(xué)光纖傳感器等光學(xué)光纖傳感器，且適用于各種直徑和形狀的光學(xué)光纖傳感器，適合應(yīng)用在整個光譜范圍內(nèi)，本發(fā)明的檢測方法在壓力傳感、溫度、光電檢測、痕量檢測和生物醫(yī)學(xué)等方面具有非常廣泛的應(yīng)用潛力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1中，(a)為實施例1標(biāo)記二抗體ant1-CA-153的QD65tl量子點的熒光發(fā)射光譜與光纖中稀土銩離子的熒光發(fā)射光譜，(b)為對比例I中標(biāo)記二抗體ant1-CA-153的QD65tl量子點的熒光發(fā)射光譜；
[0014]圖2中，(a)為實施例1中(I685-1xVI685與待測物濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線；(b)為對比例I的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
【具體實施方式】
[0015]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0016]本發(fā)明的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法是在光學(xué)光纖傳感器的光纖中摻雜稀土銩離子，并以稀土銩離子在685nm處的熒光發(fā)射光譜的熒光信號強(qiáng)度作為待測物的熒光信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)參考信號強(qiáng)度，所述待測物的熒光信號強(qiáng)度通常采用熒光生物探針標(biāo)記待測物的方式顯示，待測物的熒光信號強(qiáng)度也可以說是待測物熒光生物探針標(biāo)記的熒光信號強(qiáng)度，該檢測方法通常包括以下步驟:
[0017](I)在制備光學(xué)光纖傳感器的光纖中摻雜稀土銩離子，然后再制備光學(xué)光纖傳感器，光學(xué)光纖傳感器中的其他部件沒有變化，然后對光學(xué)光纖傳感器的傳感端的光纖表面進(jìn)行修飾后，固定待測物(如抗原)的配對分子(如抗體分子)；其中，光纖可以為玻璃光纖或塑料光纖，摻雜位置可以在光纖纖芯或光纖的全反層中，摻雜方法為現(xiàn)有技術(shù)；
[0018](2)將步驟(I)摻雜稀土銩離子的光學(xué)光纖傳感器的激光輸入端和信號輸出端與熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行耦聯(lián)，以便激發(fā)光源能耦合進(jìn)入光學(xué)光纖傳感器對待測物的熒光信號進(jìn)行分析；
[0019](3)將光學(xué)光纖傳感器的傳感端直接插入待測物的緩沖液中；
[0020](4)再將已結(jié)合待測物的光纖傳感端插入用熒光生物探針標(biāo)記的能夠與待測物發(fā)生反應(yīng)的另一生物分子(如二抗體分子)的緩沖液中進(jìn)行反應(yīng)后，取出光纖進(jìn)行水清洗；
[0021](5)對步驟(4)的光纖進(jìn)行熒光分析，獲得熒光發(fā)射光譜，熒光發(fā)射光譜顯示光纖中稀土銩離子在685nm處的熒光信號強(qiáng)度和待測物熒光生物探針標(biāo)記的熒光信號強(qiáng)度；
[0022](6)對稀土錢離子在685nm處的突光信號與待測物突光生物探針標(biāo)記的突光信號的相對強(qiáng)度進(jìn)行分析，進(jìn)而完成待測物濃度的檢測；分析通常采用將稀土銩離子在685nm處的熒光信號強(qiáng)度與待測物熒光生物探針標(biāo)記的熒光信號強(qiáng)度的比值或者差值作為量化光學(xué)光纖分析檢測值，如以稀土銩離子在685nm處熒光信號強(qiáng)度I685與待測物熒光生物探針標(biāo)記的熒光信號強(qiáng)度Ix的差值與I685的比值，即(I685-1x)/I685，作為量化光學(xué)光纖分析檢測值，并以此檢測值與待測物濃度X的函數(shù)關(guān)系繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，(I685-1x)/I685=a+bx，其中，
a、b為常數(shù)，再將檢測得到的(I685-1x)/I685代入標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)而得到待測物濃度X。[0023]本實施方式所指待測物適用于現(xiàn)有技術(shù)中所有以光學(xué)光纖傳感器分析檢測的生物分子，常見的有生化細(xì)菌戰(zhàn)劑分子、DNA分子、蛋白質(zhì)分子，分析時通常采用待測物的buffer緩沖液。
[0024]實施例1
[0025]結(jié)合圖1和圖2說明實施例1
[0026](I)在光學(xué)光纖傳感器使用的光纖中摻雜稀土銩離子，光纖為玻璃光纖，摻雜位置在光纖纖芯內(nèi)，在對傳感端的光纖表面進(jìn)行氨基修飾后，將其插入體積為200 μ L,濃度為lmg/mL的抗原CA-153分子的緩沖液中，經(jīng)I小時結(jié)合反應(yīng)，將抗原CA-153分子固定在光纖傳感端表面；
[0027](2)將步驟(1)獲得的光學(xué)光纖傳感器的激光輸入和信號輸出端與熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行耦聯(lián)；
[0028](3)將這種表面固定了抗原CA-153分子的光纖傳感端分別直接插入體積為50 μ L，濃度分別為20，100ng/mL的QD65tl量子點(熒光發(fā)射峰在650nm處)標(biāo)記的二抗ant1-CA-153分子的buffer緩沖液中進(jìn)行I小時的免疫結(jié)合反應(yīng)，充分反應(yīng)后進(jìn)行水沖洗處理；
[0029](4)利用熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行熒光分析，分別檢測光纖中稀土銩離子在685nm處熒光信號強(qiáng)度和20，100ng/mL的標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光信號強(qiáng)
度值 165(1/2。和 165(1/1。。，
以稀土銩離子在685nm處的熒光信號強(qiáng)度值I685分別與標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的 熒光信號強(qiáng)度
工650/20 和 1650/100 的差值與I685的比值，即
(1685-1_。)/1685和(1685-1_。。)/1685為量化光學(xué)光纖分析檢測值，并將這兩個值代入公式y(tǒng)=a+bx,確定y=a+bx公式中的a和b值，并得到標(biāo)準(zhǔn)線性公式y(tǒng)=0.01+0.5x,即(I685-1x)/I685=0.01+0.5x, Ix為標(biāo)記待測物的熒光信號強(qiáng)度，X為待測物濃度；應(yīng)用濃度分別為20，100ng/mL的QD65tl量子點標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的檢測值代入公式并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到如圖2(a)所示的標(biāo)準(zhǔn)曲線；
[0030](5)在光學(xué)光纖傳感器使用的光纖中摻雜稀土銩離子，光纖為玻璃光纖，摻雜位置在光纖纖芯內(nèi)，在對傳感端的光纖表面進(jìn)行氨基修飾后，將其插入體積為50 μ L,濃度為lmg/mL的ant1-CA-153分子的buffer緩沖液中進(jìn)行I小時的結(jié)合反應(yīng)，以便在光纖傳感端表面充分地固定上抗體ant1-CA-153分子；
[0031](6)將步驟(5)獲得的光學(xué)光纖傳感器的激光輸入和信號輸出端與突光分析系統(tǒng)進(jìn)行耦聯(lián)；
[0032](7)將這種表面固定了抗體ant1-CA-153分子的光纖傳感端分別直接插入體積為50 μ L，濃度分別為20、40、60、80ng/mL的抗原CA-153的buffer緩沖液中，進(jìn)行免疫結(jié)合反應(yīng)I小時，結(jié)合后再將已結(jié)合抗原CA-153分子的光纖傳感端分別插入50 μ L，濃度為Img/mL的量子點QD65tl標(biāo)記的的二抗體ant1-CA-153分子的buffer緩沖液中進(jìn)行免疫結(jié)合反應(yīng)后，取出光纖進(jìn)行水沖清洗；
[0033](8)在與步驟(4)同樣條件下，利用熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行熒光分析，分別檢測光纖中稀土銩離子在685nm處熒光信號強(qiáng)度I685和標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光信號強(qiáng)度值 1650/20、1650/40、工650/60 和 1650/80? 得到稀土銩離子在685nm處的熒光信號強(qiáng)度I685與標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光信號強(qiáng)度Ix的差值與I685的比值，分力ll 為(I685—1650/20)/1685、(I685-1650/40)/工685、(1685-1650/60)/工685 矛口 (工685-1650/8。)/工685， 再將這
四個值分別代入步驟(4)的標(biāo)準(zhǔn)線性公式，經(jīng)計算得到相應(yīng)的濃度值，其計算濃度值分別接近20、40、60、80ng/mL，說明本發(fā)明能夠用于光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測，再將得到的(I685-1x)/I685與相應(yīng)濃度20、40、60、80ng/mL分別為縱橫坐標(biāo)，在圖2(a)中標(biāo)示出對應(yīng)的點，如a、b、c、d，從圖2(a)可以看出，實施例1的標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢測值的擬合值R=0.996，說明本發(fā)明的方法具有較高的準(zhǔn)確度和精確度。
[0034]圖1中，(a)為實施例1標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光光譜與光纖中稀土銩離子位于685nm處的熒光發(fā)射光譜；圖2中，(a)為實施例1中(I685-1x)/I685與待測物濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
[0035]對比例I
[0036]結(jié)合圖1和圖2說明對比例I
[0037](I)將無銩離子摻雜的玻璃光纖傳感器的傳感端經(jīng)氨基化處理后，插入體積為200 μ L，濃度為lmg/mL的抗原CA-153分子的buffer緩沖液中，經(jīng)I小時結(jié)合反就，將抗原CA-153分子固定在光纖傳感端表面；
[0038](2)將步驟(I)獲得的光學(xué)光纖傳感器的激光輸入和信號輸出端與熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行耦聯(lián)；
[0039](3)將表面固定了抗原CA-153分子的光學(xué)光纖傳感器的傳感端分別直接插入體積為50 μ L,濃度分別為20,100ng/mL的QD65tl量子點標(biāo)記的二抗ant1-CA-153分子的buffer緩沖液中進(jìn)行I小時的免疫結(jié)合反應(yīng)，充分反應(yīng)后進(jìn)行水沖洗處理；
[0040](4)利用熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行熒光分析，分別檢測光纖傳感器表面結(jié)合的濃度分別為20，100ng/mL的標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光信號強(qiáng)度值165(|/2(|和IeKi/ι。。，并以這2個值代入標(biāo)準(zhǔn)線性公式y(tǒng)=a+bx,即可得到a=0.01和b=0.5兩個值,進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)線性公式:y=0.01+0.5x,即Ix=0.01+0.5x, Ix為標(biāo)記待測物的熒光信號強(qiáng)度，X為待測物濃度，并以濃度為20，100ng/mL的兩個檢測值分別代入公式繪制出以QD65tl量子點的熒光強(qiáng)度和標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子濃度的函數(shù)曲線，作為標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2(b)；
[0041](5)將無錢離子摻雜的表面氨基化的光纖傳感端插入體積為50 μ L,濃度為Img/mL的ant1-CA-153分子的buffer緩沖液中進(jìn)行I小時的結(jié)合反應(yīng)，以便在光纖傳感端表面充分地固定上抗體ant1-CA-153分子；
[0042](6)將步驟(5)獲得的光學(xué)光纖傳感器的激光輸入和信號輸出端與熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行耦聯(lián)；
[0043](7)將表面固定了抗體ant1-CA-153分子的光纖傳感端分別直接插入體積為50 μ L，濃度分別為O、20、40、60、80、100ng/mL的抗原CA-153分子的buffer緩沖液中，進(jìn)行免疫結(jié)合反應(yīng)I小時，結(jié)合后再將已結(jié)合抗原CA-153分子的光纖傳感端分別插入與50 μ L，濃度為lmg/mL的量子點QD65tl標(biāo)記的的二抗體ant1-CA-153分子的buffer緩沖液中進(jìn)行免疫結(jié)合反應(yīng)后，取出光纖進(jìn)行水沖清洗；
[0044](8)在與步驟(4)同樣條件下，利用熒光分析系統(tǒng)進(jìn)行熒光分析，檢測到的標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光信號強(qiáng)度值Ix，將這6個值分別代入步驟(4)獲得的標(biāo)準(zhǔn)線性公式，經(jīng)計算得到相應(yīng)的濃度值，結(jié)果與實際濃度值差異較大，并將這6個值結(jié)合相應(yīng)濃度填充在標(biāo)準(zhǔn)曲線中，如圖2(b)中的&(|、b0, c0, d0, e0, f0六個點所示。從圖2(b)可以看出，對比例I的標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合值R=0.948，說明本發(fā)明的方法較現(xiàn)有技術(shù)的檢測方法準(zhǔn)確度和精確度更高。
[0045]圖1中，(b)為對比例I中標(biāo)記二抗體ant1-CA-153分子的QD65tl量子點的熒光發(fā)射光譜，圖2中，(b)為對比例I中的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
[0046]顯然，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于所述【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，其特征在于，在光學(xué)光纖傳感器的光纖中摻雜稀土銩離子，并以稀土銩離子在685nm處的熒光發(fā)射光譜的熒光信號強(qiáng)度作為待測物的熒光信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)參考信號強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，其特征在于，還包括，以稀土銩離子在685nm處的熒光信號強(qiáng)度與待測物的熒光信號強(qiáng)度與之比/差作為量化光學(xué)光纖分析檢測值，通過繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)而完成待測物的量化檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，其特征在于，所述光纖為玻璃光纖或塑料光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，其特征在于，所述稀土銩離子摻雜在光纖纖芯或光纖的全反層中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)光纖傳感器自參考量化檢測方法，其特征在于，所述待測物為生化細(xì)菌戰(zhàn)劑分子、DNA分子或蛋白質(zhì)分子。
【文檔編號】G01N21/64GK103868896SQ201410036539
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】孔祥貴, 張友林, 涂浪平, 劉曉敏, 常鈺磊, 趙慧穎 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所