光纤传感技术在生化领域的应用研究

发布时间：2017-10-04 12:37

  本文关键词：光纤传感技术在生化领域的应用研究

  更多相关文章： 光纤传感器 生物传感器 链酶亲和素 液位传感

【摘要】：光纤传感器自1962年第一次提出便引起广泛关注,并迅速成为研究热门,在生化检测领域得到广泛应用,为生命科学的发展做出了巨大贡献。随着生物技术的发展,所需要检测的物质越来越多,从先开始出现的葡萄糖传感器,到现在出现了细胞、微生物、抗原抗体、癌细胞蛋白传感器,对其精度的要求也越来越高。最近几十年,光电技术逐渐被应用在生物传感领域,使得生化传感器得到快速发展,由于光信号对外界环境变化非常敏感,将生物反应程度通过光信号表达,可以检测生物量微小含量或浓度的变化。本文研究了光纤传感技术在生化领域的应用,主要包括以下内容:基于光纤结构的生物传感器,涉及生物蛋白(链酶亲和素,Steptavidia,SA)的检测,用来模拟抗原抗体的免疫反应以及一种用于生化领域的基于光纤光栅的容器液位传感器。本文具体研究内容如下:1、提出了两种方案将光纤传感技术与生物反应原理相结合,实现了链酶亲和素浓度的检测。两方案分别采用层层自组装、硅烷偶联方法对光纤进行表面改性,结合生物素-亲和素反应放大系统对生物浓度信号进行放大,并采用单模光纤端面菲涅尔反射、长周期光纤光栅、腐蚀型光纤布拉格光栅三种不同光纤结构作为敏感元件将SA浓度信号转换为光信号进行表达。实验通过人为的施加干扰验证了该传感器对目标物质具有特异性吸附能力,表明该传感器能准确识别待测物质,在一定浓度范围内能实现定量测量,在抗原抗体检测、蛋白质检测等领域有较好的应用前景。2、提出并实现了一种基于光纤结构、可用于测量不同深度范围的容器液位传感器。目前化工行业中的储液罐液体性质各异,很多具有易燃、腐蚀、强酸强碱等性质的液体不能用常规的机械或电学传感器进行液位测量。这里设计了一种基于塑料波纹管封装的光纤布拉格光栅液位计,采用液体压力与大气压的差使波纹管带动光纤布拉格光栅产生弹性形变,将液压变化即液位深度转换为光栅布拉格波长的变化。实验结果表明液位深度与布拉格波长具有良好的线性关系,在不改变光栅的情况下,使用不同材料的波纹管,即具有不同的弹性系数,可以改变直线的斜率,从而改变液位的测量精度和测量范围。
【关键词】：光纤传感器 生物传感器 链酶亲和素 液位传感
【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】：TP212
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-17
• 1.1 引言13
• 1.2 光纤生物传感器概述13-14
• 1.3 本论文的主要研究内容14-16
• 1.4 本论文的研究意义16-17
• 2 基于光纤菲涅尔反射结构的生物传感器17-31
• 2.1 生物传感器概述17-20
• 2.2 光纤表面膜修饰20-25
• 2.2.1 生物素-链霉亲和素系统20-21
• 2.2.2 光纤表面层层自组装21-22
• 2.2.3 光纤表面硅烷偶联22-25
• 2.3 基于光纤端面菲涅尔反射的生物传感器25-31
• 2.3.1 光纤端面菲涅尔反射原理25-28
• 2.3.2 实验装置与结果分析28-31
• 3 基于光纤光栅的生化传感器31-56
• 3.1 光纤光栅的传感原理31-34
• 3.2 长周期光纤光栅链酶亲和素浓度传感器34-36
• 3.2.1 测量装置34-35
• 3.2.2 结果与分析35-36
• 3.3 腐蚀型光纤布拉格光栅链酶亲和素浓度传感器36-42
• 3.3.1 腐蚀型FBG传感头制备37-40
• 3.3.2 测量装置40-41
• 3.3.3 结果与分析41-42
• 3.4 基于光纤光栅的液位计42-54
• 3.4.1 液位传感与FBG的传感特性42-48
• 3.4.2 实验装置48-52
• 3.4.3 实验结果与分析52-54
• 3.5 本章小结54-56
• 4 总结与展望56-59
• 4.1 总结56-57
• 4.2 展望57-59
• 参考文献59-64
• 作者简历64-65

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本文编号：970757