一种基于纳米金球的测定菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及菜豆荚斑驳病毒的浓度检测技术、光纤传感技术，利用的是菜豆 荚斑驳病毒抗体和抗原的特异性结合以及不同浓度的菜豆荚斑驳病毒浓度会使透射光衰 减峰波长值发生改变的方法，具有结构简单、体积小、响应速度快、灵敏度高、安全可靠、直 接实时等诸多优点，它属于光纤生物传感领域。
【背景技术】
[0002] 以光纤传导和收集光信号并进行生物检测的传感器统称为光纤生物传感器，它集 成了光纤传感器本身具有的灵敏度高，抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，小巧轻便等优点，也集 成了生物传感器特异性强的优点。
[0003] 菜豆荚斑驳病毒是危害大豆等豆科植物的重要病毒，对大豆的生长具有很大的危 害性，会导致大豆的大面积减产甚至是绝产。当前研究的光纤生物传感器种类有倏逝波型 传感器，荧光型传感器。对于菜豆荚斑驳病毒的检测，这些传感器都需要有特殊的结构，存 在可靠性低、被测目标需事先被标记、测试过程复杂等问题。这些缺点限制了菜豆荚斑驳病 毒的有效检测。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是为了克服上述产生的问题，满足人们的需求，提出一种测定 菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统，该系统结构简单、设计合理，成本低廉、直接实时、结果有 效准确。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种测定菜豆荚斑驳病毒的光 纤传感系统，由宽带光源、输入光纤、测试光纤、输出光纤、光谱仪构成；从宽带光源发出的 光经输入光纤入射到与测试光纤中，在测试光纤中激发起对外界环境敏感的包层模式，并 与芯层模式发生马赫增特干涉，经过输出光纤入射到光谱仪上；不同浓度的菜豆荚斑驳病 毒抗原与抗体结合会引起测试光纤周围的折射率的改变，进而影响透射光衰减峰谐振波长 值的变化，拟合计算出谐振波长值与菜豆荚斑驳病毒浓度的关系，则通过谐振波长值就可 以实现菜豆荚斑驳病毒浓度的测定。
[0006] 谐振波长值应满足以下条件：
[0008] 其中ηΜ(λ)表示纤芯有效折射率，，和入射光波长有关，且不随外界液体折射率 变化而变化：
丨表示包层第j阶模式的有效折射率，与入射光波长和外界液体折射 率均有关；next表示外界折射率，与菜豆荚斑驳病毒浓度大小有关；L表示多模光纤光纤的 长度；Ad表示干涉信号的峰值波长，对应式中透射光谱某个波峰处的波长。由上式可推导 出峰值波长随菜豆荚斑驳病毒浓度变化而变化的关系式。
[0010] λ [)受到外界液体折射率的影响而产生向左或向右漂移，通过测量峰值特征波长 或漂移量从而获得外界折射率或其改变量。通过拟合，即可得知菜豆荚斑驳病毒的浓度。
[0011] 本实用新型所述的输入光纤、输出光纤均是普通单模光纤，纤芯直径是8. 2 μm、包 层直径是125 μ m，测试光纤是多模光纤，纤芯直径是105 μ m、包层直径是125 μ m。
[0012] 本实用新型所述的测试光纤，利用硅烷偶联剂在其表面修饰上直径为20nm的纳 米金球，并利用巯基烷酸在已经修饰上纳米金球的测试光纤表面修饰上菜豆荚斑驳病毒抗 体，其与待测的菜豆荚斑驳病毒抗原具有特异性吸附能力。
[0013] 本实用新型所具有的特点优势为：1.所有仪器材料都很普遍，系统结构简单； 2.菜豆荚斑驳病毒的浓度测定直接实时，且操作简单；3.所有操作都没涉及危险药品，安 全可靠。
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的结构示意图
[0015] 图2为本实用新型的测试光纤的实验原理图
[0016] 图3为本实用新型不同浓度菜豆荚斑驳病毒的透射光谱图
【具体实施方式】
[0017] 本实用新型适用的温湿度条件为：> 15°C，0_90% RH。
[0018] 如图1所示，它是一种测定菜豆荚斑驳病毒浓度的光纤传感器系统。
[0019] 将不同浓度的菜豆荚斑驳病毒抗原溶液分别依次滴加到已经修饰上菜豆荚斑驳 病毒抗体的测试光纤的表面，菜豆荚斑驳病毒抗体与抗原会发生特异性结合，观察光谱仪 (5)上透射光的衰减峰波长值变化情况。从宽带光源（1)发出的光经输入光纤（2)入射到 测试光纤（3)中，部分光会泄漏到包层中，在测试光纤中激发起对外界环境敏感的包层模 式，并与芯层模式发生马赫增特干涉，在测试光纤（3)的第二个腰椎放大点发生耦合，经过 输出光纤（4)入射到光谱仪（5)上就可以读出不同浓度的菜豆荚斑驳病毒对应的透射光衰 减峰波长值，拟合计算出透射光衰减峰波长值与菜豆荚斑驳病毒浓度的关系，从而达到检 测菜豆荚斑驳病毒浓度的目的。
[0020] 如图2所示，为测试光纤的实验原理图。在测试光纤的表面利用硅烷偶合剂修饰 上直径为20nm纳米金球，并利用巯基烷酸在纳米金球的表面修饰上菜豆荚斑驳病毒抗体， 在将适量的牛血清蛋白溶液滴加到测试光纤的表面，从而起到封闭纳米金球之间空隙的作 用。当不同浓度的菜豆荚斑驳病毒抗原与抗体接触时，就会发生特异性结合。
[0021] 如图3所示，为不同浓度菜豆荚斑驳病毒抗原的透射光谱图。此处仅以两个浓度 0.0 lM和0. 05M为例，随着菜豆荚斑驳病毒抗原浓度的增加，透射光衰减峰对应的波长值变 大，产生明显的红移的现象，因此通过检测透射光衰减峰波长值就可以实现对菜豆荚斑驳 病毒浓度的测定。
[0022] 本领域技术人员清楚地知道，根据本实用新型的方法，可以对其他生物传感领域 如具体某些病毒检测、抗原抗体的特异性结合等等，宽带光源、测试光纤和光谱仪可以进行 新的统一搭配，装置结构可以进行优化设计，本实用新型的保护范围并不局限于以上实施 例。
【主权项】
1. 一种基于纳米金球的测定菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统，其特征是：由宽带光源 (1)、输入光纤（2)、测试光纤（3)、输出光纤（4)、光谱仪（5)构成；从宽带光源（1)发出的 光经输入光纤（2)入射到与测试光纤（3)中，在测试光纤（3)中激发起对外界环境敏感的 包层模式，并与芯层模式发生马赫增特干涉，经过输出光纤（4)入射到光谱仪（5)上；不同 浓度的菜豆荚斑驳病毒抗原与抗体结合会引起测试光纤周围的折射率的改变，拟合计算出 衰减峰波长值与菜豆荚斑驳病毒浓度的关系，从而实现菜豆荚斑驳病毒浓度的测定。2. 根据权利要求1所述的一种基于纳米金球的测定菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统， 其特征是：所述输入光纤（2)、输出光纤（4)均是普通单模光纤，纤芯的直径是8. 2 ym、包层 的直径是125 y m，测试光纤（3)是多模光纤，纤芯的直径是105 y m、包层的直径是125 y m。3. 根据权利要求1所述的一种基于纳米金球的测定菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统， 其特征是：利用硅烷偶联剂在测试光纤（3)的表面修饰上直径为20nm的纳米金球。4. 根据权利要求1所述的一种基于纳米金球的测定菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统， 其特征是：利用巯基烷酸在已经修饰上纳米金球的测试光纤（3)表面修饰上菜豆荚斑驳病 毒抗体，其与待测的菜豆荚斑驳病毒抗原具有特异性吸附能力。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于纳米金球的测定菜豆荚斑驳病毒的光纤传感系统，所述系统主要由宽带光源、输入光纤、测试光纤、输出光纤、光谱仪构成；从宽带光源发出的光经输入光纤入射到测试光纤中，在经过输出光纤入射到光谱仪上；利用硅烷偶联剂在测试光纤修饰上纳米金球，并在纳米金球上修饰菜豆荚斑驳病毒抗体，不同浓度的菜豆荚斑驳病毒抗原与抗体结合引起测试光纤周围的折射率的改变，进而影响透射光衰减峰谐振波长值的变化，拟合计算出谐振波长值与菜豆荚斑驳病毒浓度的关系，则通过谐振波长值就可以实现菜豆荚斑驳病毒浓度的测定。该光纤传感系统具有结构简单、测量方便、灵敏度高等优点。
【IPC分类】G01N21/31
【公开号】CN204964380
【申请号】CN201520775151
【发明人】卞继城, 郎婷婷, 梁明玉, 倪思凯, 施玲燕, 孟奇标
【申请人】中国计量学院
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月30日