光纤生物传感器表面功能化及链霉亲和素探测研究

发布时间：2018-03-11 04:11

  本文选题：光纤生物传感器　切入点：静电层层组装　出处：《中国计量学院》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：光纤生物传感器由于其尺寸小,抗电磁干扰、高灵敏度、高选择性等特点被广泛应用于生物领域。制作光纤生物传感器的关键步骤是光纤表面功能化,用于固定生物敏感元。本论文重点研究了静电层层组装(Electrostatic layer-by-layer assemble,以下简称ELBL)和3-氨丙基三乙氧基硅((3-aminopropyl)triethoxysilane,以下简称APTES)两种修饰表面的方法。制作完成3种用于探测链霉亲和素的光纤生物传感器,其主要研究内容包括:1、介绍生物传感器的发展趋势及其应用,对光纤生物传感器进行了分类并系统说明,阐述了我们所需的光纤表面功能化材料的性质以及进行表面修饰的过程,对生物素-链霉亲和素系统的应用进行了必要的概述。2、介绍了菲涅耳反射和马赫-曾德尔干涉的工作原理并具体到实际的光纤结构,阐述了菲涅耳反射型光纤传感器对外界折射率的灵敏特性并进行了理论和实验对比分析,得到在低折射率范围下,理论和实验值吻合度较好的结论,阐述了单模-细芯-单模光纤传感器对外界折射率的灵敏特性,分别从Rsoft软件模拟和实验分析来进行说明,验证了此结构的折射率灵敏度随折射率增大而增大这一结论。通过分析它们的折射率灵敏特性可以为接下去的生物实验奠定基础。3、提出一种基于ELBL的菲涅耳反射型光纤生物传感器,将带正电的聚二烯丙基二甲基氯化铵(Poly dimethyl diallyl ammonium chloride,以下简称PDDA)和带负电的聚苯乙烯磺酸钠(Poly(sodium-p-styrenesulfonate),以下简称PSS)依次重复镀膜修饰在光纤端面来固定生物素,对不同浓度的链霉亲和素溶液进行了测量,实验证明了最佳(PDDA+PSS)膜层数为5层,并对传感器的重复性和选择性进行了实验验证。4、提出一种基于APTES修饰的菲涅耳反射型光纤生物传感器,使用硅烷偶联剂来固定生物素,对不同浓度的链霉亲和素溶液进行了测量,实验分析了传感器的选择性,并为了说明此传感器的实用性,我们选取更具代表性的免疫球蛋白G来进行实验验证。5、提出一种基于ELBL的细芯模式干涉型光纤生物传感器,利用马赫-曾德尔干涉原理,在单模细芯光纤表面修饰上2层的(PDDA+PSS)膜用于固定生物素,对不同浓度的链霉亲和素溶液进行了测量,选取希尔模型来对生物素和链霉亲和素的结合能力进行了分析,同样进行了实验选择性的验证,实验说明优化光纤结构可以提高传感器的探测极限。
[Abstract]:Fiber optic biosensor is widely used in biological field because of its small size, anti-electromagnetic interference, high sensitivity and high selectivity. In this paper, two surface modification methods, electrostatic layer-by-layer assembly (ELBL) and 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), have been studied. Three methods have been developed for detecting Streptomyces. Fiber optic biosensor for avidin, Its main research contents include: 1, introduces the development trend of biosensor and its application, classifies and systematically explains the fiber optic biosensor. The properties of the fiber surface functionalized materials and the process of surface modification are described. The application of biotin-streptavidin system is summarized. The working principle of Fresnel reflex and Mach Zehnder interference is introduced. The sensitivity of Fresnel reflective fiber optic sensor to the external refractive index is described, and the theoretical and experimental results are compared and analyzed. It is concluded that the theoretical and experimental values are in good agreement with each other in the range of low refractive index. The sensitivity of single mode, thin core and single mode optical fiber sensor to external refractive index is described. The simulation and experimental analysis of Rsoft software are used to illustrate the sensitivity of the sensor. The conclusion that the refractive index sensitivity of the structure increases with the increase of refractive index is verified. By analyzing their refractive index sensitivity characteristics, a new Fresnel reflection method based on ELBL is proposed. Fiber optic biosensor, Poly dimethyl diallyl ammonium chloride (PDDAs) with positive charge and polystyrene-dium-p-styrenesulfonate (PSS) with negative charge were modified to fix biotin on the end of optical fiber. The different concentrations of streptavidin solution were measured and the results showed that the optimum number of PDDA PSSs was 5 layers. The repeatability and selectivity of the sensor were verified by experiments. A Fresnel reflex fiber optic biosensor modified with APTES was proposed to immobilize biotin with silane coupling agent. The different concentrations of streptavidin solution were measured and the selectivity of the sensor was analyzed experimentally. In order to illustrate the practicability of the sensor, We select the more representative immunoglobulin G for experimental verification. 5. We propose a fine core mode interferometric fiber optic biosensor based on ELBL, using the Mach-Zehnder interference principle. Two layers of PDDA PSS membrane were modified on the surface of single mode fine core fiber to immobilize biotin. Different concentrations of streptavidin solution were measured. Hill model was selected to analyze the binding ability of biotin and streptavidin. The experimental results show that the detection limit of the sensor can be improved by optimizing the optical fiber structure.
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q6-33;TP212.3

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本文编号：1596504