用于化學發(fā)光傳感檢測的空芯光纖傳感腔的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于傳感檢測【技術領域】，具體為用于化學發(fā)光傳感檢測的空芯光纖傳感腔。該傳感腔是在基管內(nèi)壁上鍍上一層均勻的反射層金屬膜，再在該金屬膜上鍍制包埋了催化酶HRP的溶膠-凝膠膜而形成的一個多層膜結(jié)構；纖芯為反應溶液，該反應溶液含有待測物質(zhì)。在催化酶的作用下反應溶液發(fā)生化學反應，并發(fā)出可見光，光信號經(jīng)光纖傳感腔內(nèi)壁金屬膜的反射，傳輸?shù)焦饫w末端的探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)對反應溶液中待測物質(zhì)含量的檢測。由于化學發(fā)光向周圍擴散，采用空芯鍍膜光纖收集光信號，增加了光信號收集和耦合效率；同時采用化學發(fā)光，省卻了光源激發(fā)，大大降低背景噪聲。
【專利說明】用于化學發(fā)光傳感檢測的空芯光纖傳感腔
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感檢測【技術領域】，具體涉及一種化學發(fā)光傳感檢測的傳感腔。
[0002]【背景技術】
化學發(fā)光反應過程中伴隨的一種光輻射現(xiàn)象，基于化學發(fā)光的檢測技術，主要是依據(jù)化學檢測體系中待測物濃度與體系的化學發(fā)光強度在一定條件下呈定量線性關系的原理，利用儀器檢測化學發(fā)光強度，從而確定待測物含量。其優(yōu)點在于，不需要額外光源激發(fā)，背景噪聲低，檢測靈敏度高，甚至可以實現(xiàn)單分子檢測，目前廣泛應用在臨床、環(huán)境、病理等檢測領域。然而化學發(fā)光是四周發(fā)散，傳統(tǒng)的光敏接受面是平面類型，大部分化學發(fā)光信號無法被有效接受，大大降低了光檢測的效率，光耦合效率很低。
[0003]空芯光纖(hollow fiber, HF)作為一種有發(fā)展前景的特種光纖，具有結(jié)構簡單、易于制造、柔韌性好等優(yōu)點，在紅外傳能方面有著重要的應用。同時由于中空的特點，空芯光纖在傳感檢測方面也有著很多應用，如氣體、液體濃度傳感等。傳統(tǒng)光纖氣體傳感系統(tǒng)中的實芯光纖只是作為光傳輸媒介，多為非敏感元件，需要另外連接傳感腔。空芯光纖則可以同時作為傳感腔和光傳導介質(zhì)，在降低耦合損耗和提高靈敏度方面有很好的表現(xiàn)。
[0004]本發(fā)明結(jié)合溶膠-凝膠固定化酶方法和介質(zhì)膜空芯光纖，提出了一種將溶膠-凝膠敏感膜鍍制在空芯光 纖內(nèi)壁的新型化學發(fā)光傳感腔，采用魯米諾(Iuminol)-過氧化氫(H2O2)-辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase, HRP)化學發(fā)光系統(tǒng)實現(xiàn)對特定物質(zhì)的高靈敏檢測，該系統(tǒng)的很好的穩(wěn)定性和實用性。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提出一種穩(wěn)定性好，實用性強，用于化學發(fā)光傳感檢測的空芯光纖傳感腔。
[0006]本發(fā)明提出的用于化學發(fā)光傳感檢測的空芯光纖傳感腔，是化學發(fā)光和空芯光纖技術相結(jié)合，在空芯光纖傳感腔內(nèi)有纖芯；其中，所述空芯光纖傳感腔，是在基管內(nèi)壁上鍍上一層均勻的反射層金屬膜，再在該金屬膜上鍍制包埋了催化酶HRP (辣根過氧化酶)的溶膠-凝膠膜而形成的一個多層膜結(jié)構；所述纖芯為反應溶液，該反應溶液含有待測物質(zhì)。在催化酶的作用下反應溶液發(fā)生化學反應，并發(fā)出可見光，光信號經(jīng)光纖傳感腔內(nèi)壁金屬膜的反射，傳輸?shù)焦饫w末端的探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)對反應溶液中待測物質(zhì)含量的檢測。由于化學發(fā)光向周圍擴散，采用空芯鍍膜光纖收集光信號，增加了光信號收集和耦合效率；同時采用化學發(fā)光，省卻了光源激發(fā)，大大降低背景噪聲。
[0007]本發(fā)明中，所述基管的材料可為玻璃、石英或有機塑料等?；軆?nèi)壁鍍上的反射層金屬膜可以為金膜或銀膜等。所述溶膠-凝膠膜可為多孔二氧化硅敏感膜。
[0008]本發(fā)明提出的空芯光纖傳感腔的制備方法，具體步驟為:
首先，按現(xiàn)有鍍膜工藝，在基管內(nèi)壁上鍍一層均勻的反射層金屬膜；
然后，在反射層金屬膜上再鍍制包埋催化酶HRP的多空二氧化硅敏感膜。
[0009]本發(fā)明中，鍍制包埋催化酶HRP的多空二氧化硅敏感膜的具體操作如下:將正硅酸乙酯(TE0S)、水和HCl溶液混合攪拌2.5-3.5小時得到儲備液；將HRP (酶活力≥250U/mg)溶于pH=6.0的磷酸鹽緩沖液(PBS)中，再與儲備液充分混合后得到溶膠-凝膠液，隨即進行液相鍍膜。
[0010]液相鍍膜時，采用由下向上的浸潤方式來保證光纖內(nèi)壁均勻地接觸溶膠-凝膠液，液膜在室溫下快速凝固成膜。敏感膜厚度適中，如果膜太厚，容易開裂或整體脫落，如果太薄，則包埋的酶分子量有限且無法保護銀膜。液相流動速度是控制鍍膜厚度的關鍵，采用
5.0-7.0cm/min的流速可以鍍制出較為理想膜厚的溶膠-凝膠膜。
[0011]檢測時，將含有待測物質(zhì)的反應溶液導入空芯光纖傳感腔中。
[0012]本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的技術進步，具體體現(xiàn)在:
本發(fā)明采用空芯光纖傳導光信號，避免周圍雜散光對檢測結(jié)果的影響；由于光纖本身具有遠距離傳輸光信號的特點，可以實現(xiàn)對特定目標的遙測和在線檢測；另外空芯光纖可以從各個角度收集化學發(fā)光產(chǎn)生的光信號，然后耦合至光電探測器，大大提高化學發(fā)光信號的檢測靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1用于新型化學發(fā)光傳感檢測系統(tǒng)的空芯光纖。
[0014]圖2基于空芯光纖的化學傳感系統(tǒng)。
[0015]圖3以鍍銀空芯光纖作為傳感腔時不同過氧化氫濃度下的化學發(fā)光譜。
[0016]圖4以鍍銀空芯光纖作為傳感腔時光強與過氧化氫濃度的關系。
[0017]圖5基于空芯光纖的化學傳感系統(tǒng)檢測市售某眼睛護理液中過氧化氫濃度與中和反應時間關系。
[0018]圖中標號:1.基管，2.金屬層(銀層或者其他反射層)，3.包埋有HRP的溶膠-凝膠膜，4.液體纖芯。
[0019]【具體實施方式】 實施例1
取內(nèi)徑為1_的鍍銀空芯光纖作為基管1，通過化學鍍膜方式在空芯光纖內(nèi)壁堵上反射層金屬銀膜2。溶膠-凝膠層的制備方法如下:首先配置儲備液，將正硅酸乙酯(TEOS)
2.2mL、水0.7mL和0.lmol/L的HCl溶液0.5 mL混合攪拌3小時即可，在4°C的環(huán)境下可密閉保存約3天。將ImgHRP (酶活力≥250U/mg)溶于0.5 mL pH=6.0的磷酸鹽緩沖液(PBS)中，再與0.5 mL儲備液充分混合后得到溶膠-凝膠液；使用由下向上的浸潤方式，使得光纖內(nèi)壁均勻地接觸溶膠-凝膠液3，液膜在室溫下快速凝固成膜。溶膠-凝膠溶液流動速度是鍍膜的關鍵，溶液流動速度越大，膜厚越大，容易開裂或整體脫落，如果太薄，則包埋的酶分子量有限且無法保護銀膜。因此膜厚需要在一個合適的范圍內(nèi)，采用6.5cm/min的流速可以鍍制出較為理想的溶膠-凝膠膜3，老化后保存在水或者PBS緩沖液中可以保持長時間的內(nèi)膜完整和HRP活性。
[0020] 傳感檢測系統(tǒng)見圖2。蠕動泵將Luminol和H2O2溶液以同速率導入傳感腔，二者接觸多孔溶膠-凝膠膜中的HRP分子，發(fā)生化學反應發(fā)出中心波長為425nm的藍光。流動的液體作為空芯光纖的內(nèi)芯，同時產(chǎn)生并傳播光信號?？招竟饫w傳感檢測系統(tǒng)的另一個端口將光信號通過透明窗片傳導出去，經(jīng)過透鏡提高耦合效率后進入多模光纖(MMF)，最后導入探測器并傳送到電腦進行數(shù)據(jù)處理，另一方面將液體隔絕排出，從而保持光纖中液體流動的穩(wěn)定性，避免耦合元件被液體污染。
[0021]實施例1制備的基于空芯光纖的新型化學發(fā)光傳感檢測系統(tǒng)，用于隱形眼鏡護理液中過氧化氫濃度。使用傳感系統(tǒng)對某市售護理液的中和過程進行檢測，在:T9h的時間里每隔半小時采樣一次，測量到的H2O2濃度與中和反應時間的關系如圖5所示。在6h以后，H2O2濃度降低至一個較低的值，說明中和反應完成，消毒結(jié)束。
[0022]為了驗證測量結(jié)果的精確度，選取幾組數(shù)據(jù)測量3次并且進行了回收實驗，結(jié)果如表1所示。
[0023]表1隱形眼鏡護理液中過氧化氫濃度回收率的測定
【權利要求】
1.一種用于化學發(fā)光傳感檢測的空芯光纖傳感腔，其特征在于，空芯光纖傳感腔是在基管內(nèi)壁上鍍上一層均勻的反射層金屬膜，再在該金屬膜上鍍制包埋了催化酶HRP的溶膠-凝膠膜而形成的一個多層膜結(jié)構；在空芯光纖傳感腔內(nèi)有纖芯，纖芯為反應溶液，該反應溶液含有待測物質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的空芯光纖傳感腔，其特征在于所述的基管材料為玻璃、石英或有機塑料。
3.根據(jù)權利要求1所述的空芯光纖傳感腔，其特征在于所述的反射層金屬膜為金膜或銀膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的空芯光纖傳感腔，其特征在于所述的溶膠-凝膠膜為多孔二氧化硅敏感膜。
5.一種如權利要求1所述的空芯光纖傳感腔的制備方法，其特征在于具體步驟為: 首先，按現(xiàn)有鍍膜工藝，在基管內(nèi)壁上鍍一層均勻的反射層金屬膜； 然后，在反射層金屬膜上再鍍制包埋催化酶HRP的多空二氧化硅敏感膜。
6.根據(jù)權利要求5所述的空芯光纖傳感腔的制備方法，其特征在于鍍制包埋催化酶HRP的多空二氧化硅敏感膜的具體操作如下:將正硅酸乙酯、水和HCl溶液混合攪拌2.5-3.5小時得到儲備液；將HRP溶于pH=6.0的磷酸鹽緩沖液中，再與儲備液充分混合后得到溶膠-凝膠液，隨即進行液相鍍膜。
7.根據(jù)權利要求6所述的空芯光纖傳感腔的制備方法，其特征在于液相鍍膜時，采用由下向上的浸潤方式來保證光纖內(nèi)壁均勻地接觸溶膠-凝膠液，液膜在室溫下快速凝固成膜；液相鍍膜時，控制液相流速為5.0-7.0cm/min。
【文檔編號】G01N21/01GK104020160SQ201410253027
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權日:2014年6月10日
【發(fā)明者】陳國平, 盛小夏, 石藝尉, 劉冉 申請人:復旦大學