文档介绍：摘 要
生物光盘传感器是一种免标记型生物传感器,它借鉴了普通数字光盘信息读取技术,具有高检测通量、高灵敏度、高检测效率的特点,在环境防护、食品监测以及临床医学等诸多领域有着广阔的应用前景。本课题依托国家自然科学基金项目,针对生物光盘传感器的两种基本类型——相位调制型和强度调制型,展开理论分析和初步实验研究。
首先在理论分析中,详细介绍了两类生物光盘传感器的基本传感原理并设计相应的生物盘片;基于标量衍射理论,建立生物光盘传感器理论模型,编写仿真程序,数值模拟输出光功率扫描信号,分析相关参数对系统灵敏度的影响;通过对两类生物光盘传感器的比较,得出结论相位调制型生物光盘具有较高的理论灵敏度,而强度调制型生物光盘的光路结构和生物检测预处理过程相对简单。
在盘片传感单元表面定向固定生物识别分子是实现生物分子检测的关键步骤, 其效果的好坏直接决定了生物探测的灵敏度。本文对 SiO2 表面生物识别分子的固定方法——共价键结合法进行了实验研究,荧光扫描图像表明:固定在 SiO2 表面的生物识别分子(人 IgG 分子)能够较好的与被测物质(兔抗人 IgG 分子)发生特异性结合。
最后,搭建了生物传感器实验平台,利用 Labview 编写系统控制程序,展开对生物光盘传感器的实验研究。采用反应离子刻蚀的方法制备相位调制型校验盘片,对实验平台的线性度进行校验。实验结果表明:盘片传感单元厚度的变化引起最小光功率 Pmin 的线性响应,验证了理论分析的正确性。采用磁控溅射的方法完成强度调制型盘片的制备,设计兔抗人 IgG 生物分子定性检测实验,实验结果表明:盘片传感单元生物膜层厚度的变化能够引起显著的信号变化响应,与理论分析相符。
关键词:相位调制型生物光盘传感器强度调制型生物光盘传感器生物识别分子传感单元标量衍射理论
ABSTRACT
pact Disc Sensor (BioCD Sensor) is a kind of label-freed biosensor. Based on the reading technique of Dig-CD system, it owes the characteristics of high-throughput, high-sensitivity and high-efficiency which has great application in the fields of environment protecting, food monitoring and clinical medicine. Two basic kinds of the BioCD sensor (Phase-modulation and Intensity-modulation) are deeply analyzed on the aspects of theory and experiment supported by National Science Foundation.
Firstly, basic sensing principle of these two BioCD sensors is presented and new structures of discs are designed. Then according to the scalar diffraction theory, the theoretical model of BioCD sensor is built. The output power of scanning signals is simulated by Matlab and the effects of correlative parameters on system sensitivity are analyzed. Through parison of these two kinds of BioCD sensors, the conclusion is drawed that Phase-modulation BioCD sensor has the higher sensitivity while Intensity-modulation one has the simpler optical structure and preprocessing of detection.
The directional immoblization of biorecognizers on the sensing cell is the key step in the biological molecule detection that would determine de