光学光纤传感器自参考量化检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种光学光纤传感器自参考量化检测方法，属于光学信号检测【技术领域】。解决了光学光纤传感器量化检测需另设参考信号源且标准样易变，导致量化精度低，易受环境影响且检测成本高的技术问题。本发明的光学光纤传感器自参考量化检测方法是在光学光纤传感器的光纤中掺杂稀土铥离子，并以稀土铥离子在685nm处的荧光发射光谱的荧光信号强度作为待测物的荧光信号强度的标准参考信号强度。本发明将自参考光学光纤传感器与仪器系统结合，无需另设计标准信号参考源，简化了仪器系统的结构，降低了测试成本，使用掺杂的稀土离子的荧光信号强度为标准参考信号，提高了待测物量化检测的精确度和准确度，检测值稳定，不受环境干扰。
【专利说明】光学光纤传感器自参考量化检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学光纤传感器自参考量化检测方法，属于光学信号检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光学光纤传感器是多年来应用于多领域物理量测量的传感检测的技术和方法之一，尤其是近年来其在生物医学分析检测中的应用研究成为热点，现已有多种光学光纤传感器已商品化。但是，大多数光学光纤传感器的分析检测结果均为定性或半定量分析检测。除此之外，即使对于进行量化分析检测应用的光学光纤传感器，都需要采用已知量的标准样品作为量化参考标准进行分析检测，通过绘制标准曲线进行量化分析。但是，标准样品用于各种检测，尤其是生物分析检测，所采用的标准参考样品易受时间和环境影响，从而影响量化检测和检验的稳定性、精度和准确性。除此之外，基于光学光纤传感器的检测均需要外设量化检测标准信号参考源，这将增加分析仪器设计和结构的复杂性和成本。
[0003]稀土离子，如铒(Er)离子、钇(Yb)离子、铥离子(Tm)和镱(Yb)离子掺杂光纤激光器已应用多年，但这些光纤中掺杂稀土离子的光纤都是应用于激光，现有技术中，还没有以稀土离子的荧光信号强度作为光学检测的参考信号强度的报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决光学光纤传感器量化检测需另设参考信号源且标准样易变，导致量化精度低，易受环境影响且检测成本高的技术问题，提供一种光学光纤传感器自参考量化检测方法。
[0005]本发明的光学光纤传感器自参考量化检测方法是在光学光纤传感器的光纤中掺杂稀土铥离子，并以稀土铥离子在685nm处的荧光发射光谱的荧光信号强度作为待测物的荧光信号强度的标准参考信号强度。
[0006]进一步的，还包括，以稀土铥离子在685nm处的荧光信号强度与待测物的荧光信号强度与之比/差作为量化光学光纤分析检测值，通过绘制标准曲线，进而完成待测物的量化检测。
[0007]进一步的，所述光纤为玻璃光纤或塑料光纤。
[0008]进一步的，所述稀土铥离子掺杂在光纤纤芯或光纤的全反层中。
[0009]进一步的，所述待测物为生化细菌战剂分子、DNA分子或蛋白质分子。
[0010]本发明的有益效果:
[0011](I)本发明采用光学光纤传感器光纤中稀土铥离子的荧光信号强度作为待测物的荧光信号强度的标准参考信号强度，将自参考光学光纤传感器与仪器系统结合，无需另设计标准信号参考源，简化了仪器系统的结构，降低了测试成本，提高了待测物量化检测的精确度和准确度，检测值稳定，不受环境干扰；
[0012](2)本发明适用于压力光学光纤传感器、温度光学光纤传感器、生化细菌战剂检测光学光纤传感器、生物分子检测光学光纤传感器等光学光纤传感器，且适用于各种直径和形状的光学光纤传感器，适合应用在整个光谱范围内，本发明的检测方法在压力传感、温度、光电检测、痕量检测和生物医学等方面具有非常广泛的应用潜力。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1中，(a)为实施例1标记二抗体ant1-CA-153的QD65tl量子点的荧光发射光谱与光纤中稀土铥离子的荧光发射光谱，(b)为对比例I中标记二抗体ant1-CA-153的QD65tl量子点的荧光发射光谱；
[0014]图2中，(a)为实施例1中(I685-1xVI685与待测物浓度的标准曲线；(b)为对比例I的标准曲线。
【具体实施方式】
[0015]为了进一步了解本发明，下面结合【具体实施方式】对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明权利要求的限制。
[0016]本发明的光学光纤传感器自参考量化检测方法是在光学光纤传感器的光纤中掺杂稀土铥离子，并以稀土铥离子在685nm处的荧光发射光谱的荧光信号强度作为待测物的荧光信号强度的标准参考信号强度，所述待测物的荧光信号强度通常采用荧光生物探针标记待测物的方式显示，待测物的荧光信号强度也可以说是待测物荧光生物探针标记的荧光信号强度，该检测方法通常包括以下步骤:
[0017](I)在制备光学光纤传感器的光纤中掺杂稀土铥离子，然后再制备光学光纤传感器，光学光纤传感器中的其他部件没有变化，然后对光学光纤传感器的传感端的光纤表面进行修饰后，固定待测物(如抗原)的配对分子(如抗体分子)；其中，光纤可以为玻璃光纤或塑料光纤，掺杂位置可以在光纤纤芯或光纤的全反层中，掺杂方法为现有技术；
[0018](2)将步骤(I)掺杂稀土铥离子的光学光纤传感器的激光输入端和信号输出端与荧光分析系统进行耦联，以便激发光源能耦合进入光学光纤传感器对待测物的荧光信号进行分析；
[0019](3)将光学光纤传感器的传感端直接插入待测物的缓冲液中；
[0020](4)再将已结合待测物的光纤传感端插入用荧光生物探针标记的能够与待测物发生反应的另一生物分子(如二抗体分子)的缓冲液中进行反应后，取出光纤进行水清洗；
[0021](5)对步骤(4)的光纤进行荧光分析，获得荧光发射光谱，荧光发射光谱显示光纤中稀土铥离子在685nm处的荧光信号强度和待测物荧光生物探针标记的荧光信号强度；
[0022](6)对稀土钱离子在685nm处的突光信号与待测物突光生物探针标记的突光信号的相对强度进行分析，进而完成待测物浓度的检测；分析通常采用将稀土铥离子在685nm处的荧光信号强度与待测物荧光生物探针标记的荧光信号强度的比值或者差值作为量化光学光纤分析检测值，如以稀土铥离子在685nm处荧光信号强度I685与待测物荧光生物探针标记的荧光信号强度Ix的差值与I685的比值，即(I685-1x)/I685，作为量化光学光纤分析检测值，并以此检测值与待测物浓度X的函数关系绘制标准曲线，(I685-1x)/I685=a+bx，其中，
a、b为常数，再将检测得到的(I685-1x)/I685代入标准曲线，进而得到待测物浓度X。[0023]本实施方式所指待测物适用于现有技术中所有以光学光纤传感器分析检测的生物分子，常见的有生化细菌战剂分子、DNA分子、蛋白质分子，分析时通常采用待测物的buffer缓冲液。
[0024]实施例1
[0025]结合图1和图2说明实施例1
[0026](I)在光学光纤传感器使用的光纤中掺杂稀土铥离子，光纤为玻璃光纤，掺杂位置在光纤纤芯内，在对传感端的光纤表面进行氨基修饰后，将其插入体积为200 μ L,浓度为lmg/mL的抗原CA-153分子的缓冲液中，经I小时结合反应，将抗原CA-153分子固定在光纤传感端表面；
[0027](2)将步骤(1)获得的光学光纤传感器的激光输入和信号输出端与荧光分析系统进行耦联；
[0028](3)将这种表面固定了抗原CA-153分子的光纤传感端分别直接插入体积为50 μ L，浓度分别为20，100ng/mL的QD65tl量子点(荧光发射峰在650nm处)标记的二抗ant1-CA-153分子的buffer缓冲液中进行I小时的免疫结合反应，充分反应后进行水冲洗处理；
[0029](4)利用荧光分析系统进行荧光分析，分别检测光纤中稀土铥离子在685nm处荧光信号强度和20，100ng/mL的标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光信号强
度值 165(1/2。和 165(1/1。。，
以稀土铥离子在685nm处的荧光信号强度值I685分别与标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的 荧光信号强度
工650/20 和 1650/100 的差值与I685的比值，即
(1685-1_。)/1685和(1685-1_。。)/1685为量化光学光纤分析检测值，并将这两个值代入公式y=a+bx,确定y=a+bx公式中的a和b值，并得到标准线性公式y=0.01+0.5x,即(I685-1x)/I685=0.01+0.5x, Ix为标记待测物的荧光信号强度，X为待测物浓度；应用浓度分别为20，100ng/mL的QD65tl量子点标记二抗体ant1-CA-153分子的检测值代入公式并绘制标准曲线，得到如图2(a)所示的标准曲线；
[0030](5)在光学光纤传感器使用的光纤中掺杂稀土铥离子，光纤为玻璃光纤，掺杂位置在光纤纤芯内，在对传感端的光纤表面进行氨基修饰后，将其插入体积为50 μ L,浓度为lmg/mL的ant1-CA-153分子的buffer缓冲液中进行I小时的结合反应，以便在光纤传感端表面充分地固定上抗体ant1-CA-153分子；
[0031](6)将步骤(5)获得的光学光纤传感器的激光输入和信号输出端与突光分析系统进行耦联；
[0032](7)将这种表面固定了抗体ant1-CA-153分子的光纤传感端分别直接插入体积为50 μ L，浓度分别为20、40、60、80ng/mL的抗原CA-153的buffer缓冲液中，进行免疫结合反应I小时，结合后再将已结合抗原CA-153分子的光纤传感端分别插入50 μ L，浓度为Img/mL的量子点QD65tl标记的的二抗体ant1-CA-153分子的buffer缓冲液中进行免疫结合反应后，取出光纤进行水冲清洗；
[0033](8)在与步骤(4)同样条件下，利用荧光分析系统进行荧光分析，分别检测光纤中稀土铥离子在685nm处荧光信号强度I685和标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光信号强度值 1650/20、1650/40、工650/60 和 1650/80? 得到稀土铥离子在685nm处的荧光信号强度I685与标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光信号强度Ix的差值与I685的比值，分力ll 为(I685—1650/20)/1685、(I685-1650/40)/工685、(1685-1650/60)/工685 矛口 (工685-1650/8。)/工685， 再将这
四个值分别代入步骤(4)的标准线性公式，经计算得到相应的浓度值，其计算浓度值分别接近20、40、60、80ng/mL，说明本发明能够用于光学光纤传感器自参考量化检测，再将得到的(I685-1x)/I685与相应浓度20、40、60、80ng/mL分别为纵横坐标，在图2(a)中标示出对应的点，如a、b、c、d，从图2(a)可以看出，实施例1的标准曲线与检测值的拟合值R=0.996，说明本发明的方法具有较高的准确度和精确度。
[0034]图1中，(a)为实施例1标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光光谱与光纤中稀土铥离子位于685nm处的荧光发射光谱；图2中，(a)为实施例1中(I685-1x)/I685与待测物浓度的标准曲线。
[0035]对比例I
[0036]结合图1和图2说明对比例I
[0037](I)将无铥离子掺杂的玻璃光纤传感器的传感端经氨基化处理后，插入体积为200 μ L，浓度为lmg/mL的抗原CA-153分子的buffer缓冲液中，经I小时结合反就，将抗原CA-153分子固定在光纤传感端表面；
[0038](2)将步骤(I)获得的光学光纤传感器的激光输入和信号输出端与荧光分析系统进行耦联；
[0039](3)将表面固定了抗原CA-153分子的光学光纤传感器的传感端分别直接插入体积为50 μ L,浓度分别为20,100ng/mL的QD65tl量子点标记的二抗ant1-CA-153分子的buffer缓冲液中进行I小时的免疫结合反应，充分反应后进行水冲洗处理；
[0040](4)利用荧光分析系统进行荧光分析，分别检测光纤传感器表面结合的浓度分别为20，100ng/mL的标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光信号强度值165(|/2(|和IeKi/ι。。，并以这2个值代入标准线性公式y=a+bx,即可得到a=0.01和b=0.5两个值,进而得到标准线性公式:y=0.01+0.5x,即Ix=0.01+0.5x, Ix为标记待测物的荧光信号强度，X为待测物浓度，并以浓度为20，100ng/mL的两个检测值分别代入公式绘制出以QD65tl量子点的荧光强度和标记二抗体ant1-CA-153分子浓度的函数曲线，作为标准曲线，如图2(b)；
[0041](5)将无钱离子掺杂的表面氨基化的光纤传感端插入体积为50 μ L,浓度为Img/mL的ant1-CA-153分子的buffer缓冲液中进行I小时的结合反应，以便在光纤传感端表面充分地固定上抗体ant1-CA-153分子；
[0042](6)将步骤(5)获得的光学光纤传感器的激光输入和信号输出端与荧光分析系统进行耦联；
[0043](7)将表面固定了抗体ant1-CA-153分子的光纤传感端分别直接插入体积为50 μ L，浓度分别为O、20、40、60、80、100ng/mL的抗原CA-153分子的buffer缓冲液中，进行免疫结合反应I小时，结合后再将已结合抗原CA-153分子的光纤传感端分别插入与50 μ L，浓度为lmg/mL的量子点QD65tl标记的的二抗体ant1-CA-153分子的buffer缓冲液中进行免疫结合反应后，取出光纤进行水冲清洗；
[0044](8)在与步骤(4)同样条件下，利用荧光分析系统进行荧光分析，检测到的标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光信号强度值Ix，将这6个值分别代入步骤(4)获得的标准线性公式，经计算得到相应的浓度值，结果与实际浓度值差异较大，并将这6个值结合相应浓度填充在标准曲线中，如图2(b)中的&(|、b0, c0, d0, e0, f0六个点所示。从图2(b)可以看出，对比例I的标准曲线的拟合值R=0.948，说明本发明的方法较现有技术的检测方法准确度和精确度更高。
[0045]图1中，(b)为对比例I中标记二抗体ant1-CA-153分子的QD65tl量子点的荧光发射光谱，图2中，(b)为对比例I中的标准曲线。
[0046]显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.光学光纤传感器自参考量化检测方法，其特征在于，在光学光纤传感器的光纤中掺杂稀土铥离子，并以稀土铥离子在685nm处的荧光发射光谱的荧光信号强度作为待测物的荧光信号强度的标准参考信号强度。
2.根据权利要求1所述的光学光纤传感器自参考量化检测方法，其特征在于，还包括，以稀土铥离子在685nm处的荧光信号强度与待测物的荧光信号强度与之比/差作为量化光学光纤分析检测值，通过绘制标准曲线，进而完成待测物的量化检测。
3.根据权利要求1或2所述的光学光纤传感器自参考量化检测方法，其特征在于，所述光纤为玻璃光纤或塑料光纤。
4.根据权利要求1或2所述的光学光纤传感器自参考量化检测方法，其特征在于，所述稀土铥离子掺杂在光纤纤芯或光纤的全反层中。
5.根据权利要求1或2所述的光学光纤传感器自参考量化检测方法，其特征在于，所述待测物为生化细菌战剂分子、DNA分子或蛋白质分子。
【文档编号】G01N21/64GK103868896SQ201410036539
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】孔祥贵, 张友林, 涂浪平, 刘晓敏, 常钰磊, 赵慧颖 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所