(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210807094.8 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 王秀红　夏知文　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 张慧 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼 光谱的生 化传感器 (57)摘要 本发明涉及一种基于空芯反谐振光纤和表 面增强拉曼光谱的生化传感器， 用于解决光纤生 化传感器在癌症 检测方法中低浓度灵敏度低、 检 测疾病单一、 侵犯性强、 特异性差的问题， 属于生 物医学光子学中光纤传感领域。 本发 明以修饰了 特异性捕获适体的空芯反谐振光纤为捕获界面， 用修饰了特异性识别适体和拉曼报告分子的拉 曼探针来识别待测物， 构建了新型复用光纤生化 传感器。 该方法利用空芯反谐振光纤增强光与物 质的相互作用能力来增强拉曼信号， 实现对低浓 度样本的灵敏检测； 该方法利用拉曼光强与待测 物质之间良好的线性关系， 通过检测拉曼光强的 变化实现对待测物质的定量灵敏检测； 利用拉曼 光谱的优良复用性， 通过检测系统中不同拉曼探 针上对应拉曼报告分子的特征峰实现不同待测 物的同时诊断。 本发明可用于检测癌症外泌体、 化学分子、 葡萄糖、 细胞、 蛋白质等利用核酸适体可识别的物质， 具有灵敏度高的特点， 且可实现 非侵入式不同疾病的同时检测。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 115046986 A 2022.09.13 CN 115046986 A 1.一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传感器， 包括： 激光显微共聚 焦拉曼光谱仪、 光纤传感系统， 其中， 激光显微共聚焦拉曼光谱仪包括输出功 率可调的激光 器(1)、 50 ×显微聚焦物镜(2)、 精密三维可调载物台(3)、 光谱仪(4)， 光纤传感系统包括空 芯反谐振光纤(5)和拉曼探针(6)； 激光器(1)用于发射激光， 50 ×显微聚焦物镜(2)用于聚 焦光束及收集光纤中的拉曼散射， 精密三维可调载物台(3)用于固定空芯反谐振光纤(5)， 光谱仪(4)用于采集空芯反谐振光纤(5)中的拉曼散射光信号， 其特征在于： 空芯反谐振光 纤(5)内壁修饰了核酸适体1， 拉曼探针(6)修饰了拉曼报告分子和特异性核酸适体2， 核酸 适体1用于捕捉待测物， 核酸 适体2用于识别目标待测物， 拉曼报告分子用于产生拉曼信号； 整个传感器的检测过程是将待测物充入空芯反谐振光纤(5)， 然后将空芯反谐振光纤 (5)放在精密三 维可调载物台(3)上， 空芯反谐振光纤(5)通过光纤内壁上的核酸适体1将待 测物捕获在光纤内壁， 再通入拉曼探针(6)， 当待测物中含有目标待测物 时， 特异性核酸适 体2识别目标待测物， 拉曼报告分子被激发产生拉曼散射信号， 拉曼散射信号经过50 ×显微 聚焦物镜(2)后被光谱仪(4)收集， 光谱中呈现出对应特 征峰， 实现目标待测物的检测。 2.根据权利要求1所述的一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传感 器， 其特征在于： 多目标待测物检测时， 空芯反谐振光纤(5)通过光纤内壁上的核酸适体1将待测物捕获 在光纤内壁， 然后充入不同类型的拉曼探针混合液， 不同拉曼探针与相应目标待测物结合， 通过观察拉曼光谱上对应拉曼报告分子特 征峰的有无判别是否含有该类型的目标待测物。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传 感器， 其特 征在于： 所用空芯反谐振光纤能够将95％以上的光限制在纤芯内传输 。 4.根据权利要求1或2所述的一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传 感器， 其特征在于： 拉曼光的强度与目标待测物的浓度呈线性关系， 通过检测拉曼光的强度 来定量待测物的浓度。 5.根据权利要求1或2所述的一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传 感器， 其特 征在于： 输出功率可调激光器(1)选用785nm波长， 从而 避免荧光干扰。 6.根据权利要求1或2所述的一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传 感器， 其特征在于： 光纤内壁上的核酸适体1修饰的具体过程为： 修饰在光纤上的核酸适体1 一端修饰了羧基， 利用化学偶联的方法将核酸适体1修饰到光纤内壁上， 形成特异 性捕获界 面。 7.根据权利要求1或2所述的一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传 感器， 其特征在于： 拉曼探针的制作方法为： 拉曼探针基底上修饰了核酸适体2和拉曼报告 分子， 拉曼探针的基底选用银纳米颗粒， 修饰在拉曼探针基底上的核酸适体2 一端修饰了巯 基， 从而可与银纳米颗粒直接反应； 拉曼报告分子选取含巯基且含苯环的物质， 与银纳米颗 粒直接反应； 先将核酸适体2溶液与银颗粒溶液混合， 再加入拉曼报告分子孵育离心， 即可 得到拉曼探针。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115046986 A 2一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传感器 技术领域 [0001]本发明涉及到应用表面增强拉曼光谱和基于空芯反谐振光纤的生化传感器， 并可 用于同时对不同类型待测物进 行高灵敏度的特异 性检测， 属于生物医学光子学中的光纤传 感领域。 [0002]发明背景 [0003]目前， 部分疾病的检测仍然需要穿刺、 病理检查才能被明确诊断， 然而病理检查具 有一定的侵犯性， 常会使患者不适。 一些早期疾病由于发病较为隐匿或病灶较小， 不容易通 过常规的B超、 CT、 核磁共 振及肠胃镜检查被 检查出来。 [0004]由于以上检测手段的不足之处， 具有灵敏度高、 非侵入性、 样品消耗低及抗电磁干 扰能力强等优点的光纤生化传感器在高精度生物化学分析及环境监测 等方面具有固有优 势。 用于生化传感器的光纤可分为 实芯光纤、 抛磨实芯光纤及空芯光纤。 对于传统的实芯光 纤， 光主要在纤芯中传播， 光与待测物质作用较弱， 使 得信号较弱， 灵敏度较低。 抛磨光纤为 增加纤芯中光与 物质的接触面积而破坏了光纤的结构使得光纤较脆弱。 空芯光纤用于传感 检测使得光与内部填充的物质作用距离加长。 此外， 空芯反谐振光纤的导光原理是通过特 殊微结构形成的反谐振效应来阻拦纤芯中光的横向泄漏， 实现低折射率纤芯中的轴向光传 输。 光在空气芯中传播， 使得该类型光纤有材料对光的吸收损耗低、 非线性效应弱、 模式纯 度高、 损伤阈值高及延迟小等优点， 从而将95％以上的光限制在纤芯中。 空芯光纤用于传感 时， 光纤本身可作为样品池和光传输通道， 只需要nL ‑μL量级的待测物质。 相比于传 统检测 中光只与 物质在光焦点处有短距离相互作用， 反谐振空芯共振光纤极大延 长了光与 物质的 相互作用距离 。 [0005]拉曼光谱是一种无损分析技术， 产生于光与物质内的化学键 的相互作用， 是特定 分子独有的 “指纹”谱。 拉曼散射光较弱， 物质附着 于粗糙贵金属会使得该散射光大大增强， 即表面增强拉曼效应(SERS)。 SERS光谱技术对样品损坏小、 不易淬灭、 信号较强。 由于现有 检测技术只可检测单一样品， 因此， 利用拉曼光谱宽度窄， 复用性强的特性， 可同时检测出 不同物质。 [0006]拉曼光谱强度正比于待测物的浓度， 将SERS光谱技术与光纤生化传感器结合起 来， 不仅可实现对不同浓度高灵敏度的检测， 还可实现对混合物进行组成成分分析。 因此， 基于空芯反谐振光纤和SERS光谱技术的生化传感器可以高灵敏度地通过绝对峰值体现绝 对浓度信息， 还可反映出不同物质组成。 发明内容 [0007]发明目的： 本 发明用于解决光纤生化传感器在实际检测中灵敏度低、 特异性差、 检 测单一的问题， 提出了一种基于空芯反谐振光纤和表面增强拉曼光谱的生化传感器。 该传 感器将空芯反谐振光纤作为信号转换系统， 以修饰了核酸适体的光纤内壁为外泌体捕获界 面， 以修饰了特异性识别的核酸适体及拉曼报告分子的银纳米颗粒为拉曼探针， 构成了新 型空芯光纤生 化传感器。说　明　书 1/6 页 3 CN 115046986 A 3