介孔微球修饰的微纳光纤干涉型神经递质传感器研究

作     者：丁明飞 

作者单位：暨南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：关柏鸥

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光纤生物传感器 微纳光纤干涉仪 介孔材料 神经递质 

摘      要：在现代社会对各种疾病及时诊断需求不断增多的背景下,生物传感器因为自身突出的优势和特点,已经成为学界和产业界关注的热点。在生物传感领域,各种技术融合不断加深,特别是微加工技术、纳米技术以及信息技术的蓬勃发展,使生物传感器领域出现百花齐放、大放异彩的局面。基于光纤的生物传感器是其中的优秀代表。光纤器件因为结构简单、光学传感性能优异等因素而成为光纤生物传感器领域不可多得的优异器件。各种结构优化和交叉应用,以及功能性敏感材料的不断融合,使得光纤生物传感技术取得了许多有影响力的成果。光纤生物传感器涉及领域较广,是材料、信息、生命、化学和物理多个学科交叉的研究领域,研究前景广阔,无论是对学术界还是对产业界都很有吸引力。微纳光纤传感器由于其特有的大倏逝场特性,结构简单灵活,是生物光纤传感技术研究中一个很好的平台。作为微纳光纤生物传感器中重要成员的微纳光纤模式干涉型传感器具备了光纤生物传感技术免标记、高灵敏度和特异性、简单快速等优点。本文首先简单介绍生物传感器和光纤生物传感器的发展现状和趋势,然后将微纳光纤模式干涉仪与氧化硅介孔材料相结合,利用介孔材料对目标分子的尺寸选择性,对神经递质分子进行分析检测,主要包括:1.基于银核氧化硅基介孔材料修饰的微纳光纤模式干涉型传感器对5-羟色胺(5-HT)的检测:采用贵金属材料银纳米球为核的二氧化硅介孔微球阵列修饰微纳光纤,该方法利用介孔材料的介孔筛选和吸附能力,对尺寸匹配的5-HT分子进行选择性检测,通过物理吸附和富集作用,低浓度的5-HT分子浓度变化引起传感器表面折射率的改变,从而使观测端谱线漂移。相比于传统的方法,该种方法检测灵敏度明显提升,检测极限达到84 fM,同时检测时间短,该传感器具有良好的重复性;2.基于四氧化三铁核二氧化硅基介孔微球阵列修饰的微纳光纤模式干涉型传感器对γ-氨基丁酸(GABA)的检测:作为一种磁性纳米颗粒,四氧化三铁这种生物相容性的颗粒作为核制备的二氧化硅基介孔微球有很好的稳定性以及尺寸筛选能力。本文将该微球阵列修饰在小直径微纳光纤模式干涉仪上,利用该器件对低浓度GABA分子进行检测。这种检测基于折射率测量原理,介孔材料的尺寸筛选吸附作用使得GABA分子的微小浓度变化通过材料和光纤干涉仪的高灵敏度解析出来,相比于传统的方法,比如电化学或荧光检测的方法,该方法免标记、无电磁干扰、基于波长标定,检测极限更低,达到351fM。通过特异性实验,该传感器在模拟生物样品中也有比较好的初步的选择性,为进一步真实血清样中的检测提供了较好的基础。