《傾斜光纖光柵表面等離子生化探針機理與最佳化設計研究》是依託山東大學，由蔣奇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：傾斜光纖光柵表面等離子生化探針機理與最佳化設計研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔣奇
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
傾斜光纖光柵（TFBG）可將光耦合到包層模里並激發鍍在包層外的金屬膜產生表面電漿共振（SPR），從而可形成高靈敏度、溫度自補償的折射率感測器。本課題以研製一種實用的終端反射式TFBG的SPR生化感測探針為目標，在康寧SMF-28光纖上，製作不同傾斜角度、不同金屬鍍層、不同鍍膜厚度的傾斜光纖光柵SPR感測器，擬採用光纖光柵耦合模方程和傳輸矩陣方法，建立數學模型，採用Optiwave軟體，進行數值模擬研究；其次，進行離子液體與非離子液體的不同樣本溶液的不同濃度測試，將實驗結果與理論研究、模擬分析相結合，研究不同參數的折射率感測器，最佳化TFBG的SPR感測參數；分析研究TFBG終端鍍層反射鏡後的反射光譜信息特徵，實現特定蛋白質濃度的分子探針測試技術，擬最終完成終端反射式TFBG的SPR感測設計、製作工藝，研製出溫度自校準、高性能的特定蛋白分子探針系統，具有重要研究意義、社會價值和套用前景。
結題摘要
項目已完成計畫任務書全部內容。針對傾斜光纖光柵（TFBG）與表面電漿共振（SPR）技術結合進行生化檢測的研究較少的問題，提出基於TFBG-SPR生化感測器機理及最佳化設計的創新性研究。成果簡述如下：採用經典的耦合模理論對TFBG中光波導模式及傳輸特性進行研究，並通過仿真軟體Optiwave對TFBG感測特性進行模擬。設計製作柵區長度、傾斜角度等參數不同的TFBG，搭建TFBG感測測試實驗平台，方便了實驗進行和數據分析。研究鍍有不同金屬的TFBG-SPR機理，探究傾斜角度、鍍層厚度等因素對TFBG-SPR感測器靈敏度、回響時間的影響，並研究影響因素補償的方法，對鍍膜後的TFBG進行模擬與實驗，將數值模擬與實驗結果結合，對TFBG感測器進行最佳化。 根據OptiGrating仿真和TFBG溶液實驗結果得出：當溶液折射率增大時TFBG的共振波長向大波長方向漂移，且在一定範圍內共振波長與溶液折射率呈線性變化，線性擬合度高於0.99，靈敏度約為2nm/RIU。在TFBG包層外面鍍上納米金膜以激發SPR效應，可提高靈敏度200～300倍。先將TFBG-SPR製作成DNA分子探針，用於嗜酸性喜溫硫桿菌中硫氰酸酶基因的特異性識別。在該基因序列的一段上修飾巰基作為固定探針，採用自組裝膜法實現金屬膜與固定探針的結合，再進行固定探針與互補探針雜交實驗。測試結果表明TFBG的共振波長隨著雜交反應的進行向大波長方向漂移，驗證了TFBG-SPR的DNA分子探針特異性識別的可行性。 完成TFBG-SPR蛋白質分子探針的測試機理研究，使用化學性質穩定的半胱胺鹽酸鹽作為中間層將蛋白質固定在金膜表面。在半胱胺鹽酸鹽増覆成功後又進行了IgG抗原的増覆，分析每次増覆後包層模的變化情況，所得結論表明IgG抗原増覆效果良好。對抗原抗體雜交實驗數據進行分析，試驗所用的抗體濃度為10mg/ml，特殊階對應波長變化為5.1nm，實驗效果明顯。隨後又在TFBG-SPR感測器上設計了微反射結構和反射鏡結構，並製作成終端反射式TFBG-SPR蛋白質分子探針，實驗效果良好。研製的免標記、高靈敏的光纖蛋白質探針，對當前關注的食品安全、分子測試、生化痕量元素測量等熱點問題，具有一定的研究參考價值。 該課題資助發表論文共18 篇，其中SCI 收錄 6 篇，EI 收錄 18 篇。與課題緊密相關的9篇，SCI/EI收錄8篇。
