基于法布里—珀罗微腔激光的高分辨熔解曲线分析技术研究

发布时间：2020-10-01 18:26

　　本工作基于我们制备的高品质法布里-珀罗(FP)光学微腔,研究了一种基于光微流激光信号的腔内高灵敏度HRM熔解曲线检测方法,即采用FP光学微腔作为微激光腔,嵌入式饱和染料作为增益介质,产生的激光信号作为检测信号,通过温度扫描,实现了对碱基错配DNA分子的高灵敏度筛查与检测。我们分别研究了25个碱基对、50个碱基对、99个碱基对、130个碱基对的目标DNA及碱基错配DNA的熔解曲线;理论及实验结果表明,基于激光信号的HRM检测技术具有低的熔解温度和高的信噪比。具体工作如下:1.搭建CO_2激光加工平台,采用激光微加工的方法在熔融石英玻璃基底上制备微凹面结构,曲面结构的横向尺寸控制在40-110μm,深度3-10μm。与此同时,在单晶硅片上制备平面结构,在两种制备好的基底上镀制高反射介质膜。最后,采用单晶硅片的微平面镜-二氧化硅基底的微凹面镜,结合硅胶封装工艺,制备封闭式的法布里-珀罗光学微腔及光微流控系统,形成光微流控芯片,实现了光微流激光器件的集成。2.首先从理论上模拟了不同碱基对数的DNA分子基于荧光和激光的HRM曲线,并对结果进行了分析。随后在实验上,采用488 nm的脉冲激光器作为泵浦源,浓度为250μM的DNA与SYTO13染料混合液作为增益介质,结合高分辨熔解曲线技术,分别研究了基于荧光和激光的HRM技术,实验结果表明,基于激光的HRM技术具有更低的熔解温度和更高的信噪比。3.在激光HRM检测基础上,提出了一种常规HRM技术无法实现的新型DNA检测方法,即保持温度恒定,检测信号强度随激发光强的变化关系,提供另外一种快速、高通量DNA检测方法。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN24
【部分图文】：

激光检测,荧光检测,传感信号,激光

如图1-1 所示。美国密歇根大学范旭东教授及其领导团队是世界上最早将光微流激光用于生化传感及检测的课题组之一[7-10]。他们采用中空的玻璃毛细管（直径 850 m）作为样品通道和激光微腔（即基于回音壁模式的环形腔），把传统的荧光信号转化为激光信号，实验上实现了对 40 个碱基对的目标 DNA 和单碱基错配DNA 的检测。环形微腔具有高的 Q 值，作为激光微腔时可实现低阈值激光产生[21-22]。但是，环形激光腔还有一系列不足，主要为：1.参与激光振荡的增益介质（检测物质）只分布在腔壁周围，绝大部分待测介质并未参加激光产生，造成了样品的浪费；2.在光泵浦条件下，未参加激光振荡的待测物质以荧光信号辐射能量，产生了多余的背景光及噪声，对待检测激光信号形成干扰；3.不易于与温控系统结合；4.不易于集成和实现通量检测。我们近期工作表明[23-24]，通过镀膜技术及几何结构设计，制备的法布里-珀罗（FP）微腔可达到 105的 Q 值及低的激光泵浦阈值，产生的激光具有没有背景信号干扰，且易于与温控系统结合，易于集成及实现通量检测的优点

光学微腔,阵列,反射镜,微流控系统

太原理工大学硕士研究生学位论文章平凹型法布里-珀罗微腔的布里-珀罗型（FP）光学微腔作为光微流激一定距离的两片平行反射镜构成，相应的反反射膜[36]，FP 光学微腔具有制作简单、体可以极好的兼容于微流控系统[37]。同时 F示，可以在同一块反射镜上设计制作 FP 光测量。

石英玻璃,凹面,基底,实验装置

材料比较齐全；（4）适用于数量大、密度高 CO2激光器（Synrad Firestar vi30,激光脉冲频率激光器具有以下显著优点：（1）转换效率高且间短，通过瞬时烧蚀就可完成加工操作；（3）率、基底材料等进行精准控制，使实验操作变的寸控制在微米级别；（4）可以在石英玻璃上烧面结构，适用范围广泛。璃作为材料基底，石英玻璃具有良好的光学特性条件，利用 CO2激光器在石英玻璃表面上加工微镜和原子力显微镜等仪器测量微凹面结构的凹面的结构参数，并进一步优化加工条件。如下置图。具体加工步骤如下：

【参考文献】