生物标志物的光纤传感系统

技术领域

本发明涉及生物标志物生物研究技术领域，特别是涉及一种生物标志物的光纤传感系统。

背景技术

ctDNA、外泌体等新型癌症生物标志物检测在肿瘤发生、转移、耐药性以及免疫等过程中发挥重要作用，标志物的高灵敏度、多参量检测对实现肿瘤早期诊断、进行肿瘤分期、疗效评估、复发检测及预后判断均有重要意义。

基于光纤消逝场的无标生物传感技术是近十几年来发展起来的重要检测技术，具有高灵敏度、阵列化、多参量、快速检测的特点，尤其是基于锥形光纤模式色散零点(拐点)的传感器可获得极高的检测灵敏度和检测下限。但目前利用光纤消逝场实现生物标志物样品的无标记检测所涉及的光学元器件较多，构成复杂，不利于生物标志物传感系统小型化、便携化的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物标志物的光纤传感系统，能够实现待测样品阵列化检测，结构简单，有利于检测系统小型化便携化的发展。

为解决上述技术问题，本发明提供一种生物标志物的光纤传感系统，包括光源系统；包含一个输入端和多个输出端的第一分光装置；包含多个微纳光纤器件的光纤器件阵列，每个所述微纳光纤器件包括依次连接的光纤输入端、裸微纳光纤段和光纤输出端，所述裸微纳光纤段由两端到中间的直径大小渐缩，且所述裸微纳光纤段外表面装饰有特异性抗体；微流控通道；包含多个输入端和一个输出端的第二分光装置；光谱仪；

其中，所述第一分光装置的输入端和所述光源系统相连接，各个输出端分别和各个所述光纤输入端相连接；

所述微流控通道用于承载待测样品溶液，所述裸微纳光纤段浸入至所述待测样品溶液中；

所述第二分光装置的各个输入端分别和各个所述光纤输出端相连接，输出端和所述光谱仪的输入端相连接；

所述第一分光装置或者所述第二分光装置为可分时控制功能的分光装置，用于控制同一时刻仅有一个所述第一分光装置的输出端或者仅有一个所述第二分光装置的输入端可透光。

在一种可选地的实施例中，所述微纳光纤器件为中间段被拉细至微纳米级，且中间段不包含有涂覆层的光纤。

在一种可选地的实施例中，所述微纳光纤器件为光纤耦合器。

在一种可选地的实施例中，所述第一分光装置和所述第二分光装置中任意一个分光装置为光纤分束器另一个分光装置为光开关。

在一种可选地的实施例中，所述光源系统为宽光谱光源。

在一种可选地的实施例中，所述光源系统和所述第一分光装置之间通过光纤连接；所述第二分光装置和所述光谱仪之间通过光纤连接。

本发明所提供的一种生物标志物的光纤传感系统，包括光源系统；包含一个输入端和多个输出端的第一分光装置；包含多个微纳光纤器件的光纤器件阵列，每个微纳光纤器件包括依次连接的光纤输入端、裸微纳光纤段和光纤输出端，裸微纳光纤段由两端到中间的直径大小渐缩，且裸微纳光纤段外表面装饰有特异性抗体；微流控通道；包含多个输入端和一个输出端的第二分光装置；光谱仪；其中，第一分光装置的输入端和光源系统相连接，各个输出端分别和各个光纤输入端相连接；微流控通道用于承载待测样品溶液，裸微纳光纤段浸入至待测样品溶液中；第二分光装置的各个输入端分别和各个光纤输出端相连接，输出端和光谱仪的输入端相连接；第一分光装置或者第二分光装置为可分时控制功能的分光装置，用于控制同一时刻仅有一个第一分光装置的输出端或者仅有一个第二分光装置的输入端可透光。

本申请中用于检测待测样品溶液中特定分子的光纤器件中，包含有裸微纳光纤段，该裸微纳光纤呈两端粗中间细的结构，也即是该裸微纳光纤即为具有消逝场的光纤段，且该裸微纳光纤外表面装饰有特异性抗体，该特异性抗体可吸附待测样品溶液中的特定分子；另外，对于阵列式的光纤器件的多个输入光路和多个输出光路，分别通过一个第一分路装置和一个第二分路装置，且其中一个可实现分时控制光路通路的功能，使得最终每次仅有一个光纤器件中的光波传输至光谱仪内，实现各个光纤器件的光波在光谱仪上的依次检测，而无需使用大量的光谱仪对整个光纤器件阵列中每个光纤器件输出的光线进行同时检测，在很大程度上简化生物标志物的传感系统的光学元件的复杂度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种生物标志物的光纤传感系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光纤器件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的光纤器件阵列的排布结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本申请实施例中提供的一种生物标志物的光纤传感系统的结构示意图，如图2所示，图2为本申请实施例提供的一种光纤器件的结构示意图，该传感系统可以包括：

光源系统1；包含一个输入端和多个输出端的第一分光装置3；包含多个微纳光纤器件4的光纤器件阵列，每个微纳光纤器件4包括依次连接的光纤输入端41、裸微纳光纤段42和光纤输出端43，裸微纳光纤段42由两端到中间的直径大小渐缩，且裸微纳光纤段41外表面装饰有特异性抗体；微流控通道5；包含多个输入端和一个输出端的第二分光装置7；光谱仪8；

其中，第一分光装置3的输入端和光源系统1相连接，各个输出端分别和各个光纤输入端相连接；微流控通道5用于承载待测样品溶液，裸微纳光纤段42浸入至待测样品溶液中；第二分光装置7的各个输入端分别和各个光纤输出端43相连接，输出端和光谱仪8的输入端相连接；第一分光装置3或者第二分光装置7为可分时控制功能的分光装置，用于控制同一时刻仅有一个第一分光装置3的输出端或者仅有一个第二分光装置7的输入端可透光。

如图1所示，光源系统1产生的光线可传输至第一分光装置3，具体地，该光源系统1优选地采用宽光谱光源，光源系统1和第一分光装置3之间可采用光纤2连接，通过光纤2将光源系统1产生的光线传输至第一分光装置3的输入端，防止外界环境干扰。

光线进入第一分光装置3后，被分为多路光线，每路光线传输进入光纤器件阵列中一个微纳光纤器件4的光纤输入端41，进而使得各个微纳光纤器件4均可以独立通过光纤输入端输41入光线，光线通过各个微纳光纤器件4的光纤输入端41输入后，即可传输至裸微纳光纤段42。

因为裸微纳光纤段42是先变细后变粗的结构，也即是形成光线传输的消逝场，进而使得光线在传输过程中，受裸微纳光纤段42外部环境折射率的影响，对光波的传输产生选择性，而裸微纳光纤段42的外部环境折射率又和该裸微纳光纤段42外表面的特异性抗体吸附的分子数量多少相关。基于该裸微纳光纤段42因外界环境折射率不同对传输的光线产生的选择性，再将被选择后的光波传输至光谱仪8，通过光谱仪8显示的光谱图像，即可反映出光裸微纳光纤段42外表面吸附的分子的数量的情况，进而确定待测样品溶液中某种特定分子的含量，实现对待测样品溶液的研究。

对于微纳光纤器件4而言，如图2所示，微纳光纤器件4可以是通过一根光纤在中间段被拉细后形成的器件。其中，中间被拉细的一段即为裸微纳光纤段42，该部分不具有涂覆层，且纤芯412可逐渐拉细至消失，原来作为包层411的部分成为新的纤芯，而外部环境成为新的包层。该裸微纳光纤段42的直径的需要拉细到微纳米级别，最细部位可达到3微米甚至1微米左右。

当然，本申请中的微纳光纤器件4还可以采用光纤耦合器代替，其中光纤耦合器的束腰区也即是裸微纳光纤段，其束腰区的直径也需要达到微米量级，以光纤耦合器的任意一个输入端作为光纤器件的光纤输入端，而光纤耦合器的任意一个输出端作为微纳光纤器件4的光纤输出端；且该光纤耦合器也同样需要采用微纳光纤耦合器。光纤耦合器在宽光谱范围的色散导致在临近色散零点时具有极高的折射率响应灵敏度；将光纤耦合器束腰区表面修饰上不同种类的抗体，能够实现多种参数同时测量的方法，以及同时将多根光纤耦合器表面修饰同一种抗体提高测量一致性和准确性的方法等等。

关于微纳光纤器件4上裸微纳光纤段表面修饰的特殊抗体具体可以采用生物化学等方式实现，具体地可将该裸微纳光纤段浸入至KOH溶液后，再通过携带有某些特殊官能团的离子溶液和裸微纳光纤相结合，而特殊官能团即可实现吸附某些特殊分子的功能。

在实际应用中，如图3所示，图3为本申请实施例提供的光纤器件阵列的排布结构示意图，在微流控芯片6上设置有承载待测样品溶液的微流控通道5，各个微纳光纤器件4平行浸入排布在待测样品溶液中，使得待测样品溶液中需要检测的特定的分子能够吸附在微纳光纤器件4上，实现对特定分子的浓度、种类等检测分析。

如前所述，在实际对待测样品溶液中的分子进行检测时，需要将多个微纳光纤器件4同时浸入待测样品溶液中，从而获得通过多个微纳光纤器件4传输的光线的光谱图，实现多组光谱数据的检测，提高数据检测的准确性和可靠性。但是在光谱仪8进行光谱成像时，难以实现多路光线的光谱图同时检测。为此，本申请中将第一分光装置3和第二分光装置7中的一个设置成带有分时控制功能的器件。

具体地，可以将第一分光装置3采用光开关，第二分光装置7采用光纤分束器；当光源系统1的光线从光开关的输入端输入后，会按照时间顺序控制各个输出端依次输出光线，且每次只有一个输出端口可输出光线，也就是说光纤器件阵列中仅仅只有一个微纳光纤器件4中输入了光线，那么也只有该微纳光纤器件4连接的光纤分束器的输入端可接收到光线，对于光纤分束器而言，无论哪一个输入端口输入光线，均从同一个输出端口输出至光谱仪8，通过光谱仪8产生相应的光谱图像。当光开关每次控制不同的输出端输出光线，各个微纳光纤器件4也就依次输入光线，使得光谱仪8根据实际光开关控制光路的情况每次输出一个光路支路的光谱图。

反之第一分光装置3采用光纤分束器而第二分光装置7采用光开关同样可以实现每次仅有一个光路传输至光谱仪8，也同样能够实现各个微纳光纤器件4的光路依次传输至光谱仪的效果，对此不再详细赘述。对于第二分光装置7和光谱仪8之间具体的也可以采用光纤连接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。