微結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期光纖光柵生物傳感特性的研究開題報(bào)告

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1、微結(jié)構(gòu)長(zhǎng)周期光纖光柵生物傳感特性的研究指導(dǎo)教師：畢衛(wèi)紅教授研究生：王凌霄專業(yè)：物理電子學(xué)3.前期準(zhǔn)備與計(jì)劃方案2.課題國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.課題背景及意義課題研究背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等新興科學(xué)的發(fā)展，分析化學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)越來越大，生物大分子分析、藥物分析、生物活性物質(zhì)分析等大量新課題不斷涌現(xiàn)，而且對(duì)分析結(jié)果的要求也越來越高，不再局限于物質(zhì)中“有什么”和“有多少”，而是要在較短時(shí)間內(nèi)提供物質(zhì)更多、更全面的信息，生物傳感器正是在此背景下發(fā)展起來的一種新型集成分析測(cè)試裝置。早在20世紀(jì)60年代就有關(guān)于生物傳感器研究的報(bào)導(dǎo)，國(guó)際上從20世紀(jì)80年代

2、初就開始對(duì)生物傳感器進(jìn)行了廣泛的研究和探索。雖然實(shí)用化的生物傳感器設(shè)備直到20世紀(jì)90年代才陸續(xù)推出，并且為數(shù)不多，但是其在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)，它不僅可以勝任普通生物分析手段能夠完成各種測(cè)試，還能進(jìn)行一些普通測(cè)試手段無法完成的任務(wù)，比如無標(biāo)記的免疫檢測(cè)、在線分析甚至活體分析等，此外，它還可以讓生物分析走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入普通百姓家庭。課題研究意義生物傳感器是利用生物活性物質(zhì)分子識(shí)別的功能，將感受的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器，是一個(gè)非常活躍的研究和工程技術(shù)領(lǐng)域，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)手段與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。因?yàn)?/p>

3、生物傳感器專一，靈敏，響應(yīng)快等特點(diǎn)，為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究及臨床診斷提供了一種快速簡(jiǎn)便的新型方法，在臨床醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著越來越大的作用，意義極為重大。長(zhǎng)周期光纖光柵是一種纖芯折射率周期性調(diào)制的無源光纖器件，由于具有易于制造、介質(zhì)損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域。光纖光柵生物傳感利用了長(zhǎng)周期光纖光柵的折射率敏感特性，當(dāng)外界環(huán)境折射率變化時(shí)，其諧振波長(zhǎng)將發(fā)生明顯的漂移，從而達(dá)到生物分子的檢測(cè)。生物傳感器的分類：標(biāo)記型生物傳感器免標(biāo)記型生物傳感器按照是否使用標(biāo)記物可以分為兩類：檢測(cè)時(shí)先用標(biāo)記物如熒光素、放射性同位素、酶等對(duì)被測(cè)物進(jìn)行標(biāo)記，然后通過檢測(cè)標(biāo)記物的

4、信息來獲取被探測(cè)物的相應(yīng)信息。目前使用的免疫傳感器基本都屬于這一類。標(biāo)記生物傳感器：化學(xué)反應(yīng)具有一定的隨機(jī)性、受環(huán)境因素影響較大放射性標(biāo)記物對(duì)于工作人員也具有一定的危害熒光檢測(cè)時(shí)非特異性熒光會(huì)影響測(cè)量結(jié)果測(cè)試儀器體積大、價(jià)格昂貴、耗時(shí)，需要專業(yè)人員完成指示劑價(jià)格昂貴，要集合幾十個(gè)樣本同時(shí)測(cè)量，讓患者在等待中承受巨大的痛苦缺點(diǎn)：免標(biāo)記生物傳感頭是利用固定于傳感器的生物膜吸附目標(biāo)分子，通過折射率的變化監(jiān)測(cè)目標(biāo)分子的濃度和狀態(tài)。免標(biāo)記生物傳感器：不需要對(duì)探測(cè)物進(jìn)行標(biāo)記，直接通過生化反應(yīng)復(fù)合物形成時(shí)的物理、化學(xué)變化進(jìn)行測(cè)量，極大地簡(jiǎn)化了操作過程，因此免標(biāo)記生物傳感器的研究成為

5、了生物傳感器的一個(gè)重要發(fā)展方向。其微流控制能力有限且價(jià)格相對(duì)昂貴表面等離子體諧振腔光學(xué)諧振腔通過多次循環(huán)增加光與物質(zhì)的相互作用，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)微小穩(wěn)定性差波導(dǎo)干涉儀需要很長(zhǎng)的傳感通道實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，不僅增加了傳感器的大小而且需要大量的樣品光子晶體受制作工藝的限制不易實(shí)現(xiàn)超高Q值諧振腔，微流控制能力也較弱光纖及其相關(guān)器件重量輕、尺寸小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、靈敏度高，受到日益廣泛的關(guān)注目前的免標(biāo)記光學(xué)生物傳感頭主要有：表面等離子體諧振腔、光學(xué)諧振腔、波導(dǎo)干涉儀、光子晶體和光纖及其相關(guān)器件。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀早在1983年，BoLiedberg等人就提出利用等離子共振技術(shù)用于免

6、疫傳感器的研制中。近幾年，對(duì)于免標(biāo)記光纖傳感器的研究主要有：一、光纖等離子共振傳感器2009年，比利時(shí)JeroenPollet等人通過在纖芯外鍍金膜實(shí)現(xiàn)等離子共振對(duì)DNA分子的雜交進(jìn)行探測(cè)，達(dá)到了2nm的檢測(cè)精度。二、光纖倏逝波生物傳感器1、利用纖芯直接檢測(cè)2010年，印度V.V.R.Sai等人利用這一方式在波長(zhǎng)為280nm處對(duì)生物分子進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了0.05mg/ml的檢測(cè)精度；2、對(duì)光纖進(jìn)行彎曲檢測(cè)2011年，V.V.R.Sai等人通過彎曲的方式將靈敏度提高到1000cfu/ml；3、光纖拉錐2010年，伊朗MohammadIsmailZibaii等人通過拉錐的方

7、法測(cè)量大腸桿菌，達(dá)到了60E.coli/mm2的靈敏度。三、光纖光柵傳感器丹麥技術(shù)大學(xué)的LarRindorf等人2006年首次用光子晶體長(zhǎng)周期光纖光柵制作了DNA探針，用來實(shí)時(shí)監(jiān)控雙鏈DNA的雜合過程。2011年，美國(guó)Zonghu,He等人，利用光子晶體光纖制作了長(zhǎng)周期光柵檢測(cè)羊抗兔IgG和羊抗鼠IgG，達(dá)到0.75nm的精度國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)先后有清華大學(xué)、天津大學(xué)、四川大學(xué)、重慶大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、燕山大學(xué)等多所高校對(duì)光纖生物傳感器進(jìn)行了研究，并取得了階段性成果，對(duì)免標(biāo)記光纖生物傳感器的主要研究有：2006年，華僑大學(xué)莊其仁等利用LPG制作了可