一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于微纳光纤传感技术领域，提供一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置及检测方法，包括传输光纤、光纤DNA传感探针、微流芯片和光谱分析仪；DNA适配体固定在经修饰后的锥形微纳光纤均匀区的表面，形成光纤DNA传感探针，光纤DNA传感探针浸入含有待测的目标DNA溶液中，宽带光源将激光输入到光纤DNA传感探针，利用探针表面的倏逝波对外界环境变化敏感的特性，以及DNA适配体与目标DNA特异性结合所引起的适配体构象变化实现目标DNA检测。目标DNA再与扩展DNA特异性结合，通过离子调控扩展DNA的构象变化，实现目标DNA增敏传感检测。本发明专利技术对DNA的检测具有检测精度高、响应时间短的优点。时间短的优点。时间短的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及微纳光纤传感
，具体涉及一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置及检测方法。

技术介绍

[0002]DNA(脱氧核糖核酸)是生物细胞内携带有合成RNA和蛋白质所必需的遗传信息的一种核酸，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。DNA由两条反向平行的脱氧核苷酸链通过碱基配对原则盘旋而成，碱基的排列顺序携带着大量的遗传信息。通过DNA检测，可以获取碱基的排列顺序而得到遗传信息，可以有效促进基因分析、药物研究与开发、遗传病防治、疾病诊断与治疗、环境工程和生物医学工程等领域的快速发展。因此，DNA检测在现代医学诊断、治疗和保健中有着重要的作用和意义。
[0003]现有的DNA检测方法有分子杂交法、琼脂糖凝胶电泳法、荧光检测法、聚合酶链式反应法和光密度测量法等。上述方法普遍具有操作繁锁、灵敏度不高和检测极限不理想等局限性，无法满足现代医学在分子诊断、预防和疾病治疗方面的需要。因此，研发具有结构简单、操作方便、检测性能优异和方便灵活的DNA传感器是很有必要的。
[0004]公开号为CN109557051A的专利技术专利公开了增敏型microRNA光纤传感装置及制作、测量方法，其采用纳米硫化铜层与氧化石墨烯spacer层共同构成具有局域等离子共振能量增强效应的界面层，利用锥形微纳光纤干涉仪(1)的倏逝波对外界环境变化敏感的特性，对微小RNA与单链DNA探针(4)的特异性结合所引起的折射率变化进行检测，可获得9.64
×
10
‑
21
的极限检测浓度。但该方法并不是采用微流芯片的方法，不能实现低剂量检测，并且在操作上容易引入误差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置及检测方法，该传感检测装置结构简单、测量精度高并且响应时间短，可以满足现代医学在分子诊断、预防和疾病治疗方面的需要。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置，包括传输光纤、光纤DNA传感探针、微流芯片、光谱分析仪和智能蠕动泵；所述光纤DNA传感探针内置于微流芯片的沟槽中，光纤DNA传感探针的输入端通过连接传输光纤接入外部光源，光纤DNA传感探针的输出端与光谱分析仪的输入端之间通过传输光纤连接；所述智能蠕动泵通过微流管连接微流芯片的进液端，智能蠕动泵用于将待测目标DNA溶液、扩展DNA溶液和离子溶液泵入微流芯片的沟槽；所述光纤DNA传感探针通过以下步骤处理得到：
[0008](1)通过融熔加热拉锥的方法将普通光纤制备成锥形微纳光纤；所述锥形微纳光纤由过渡区和均匀区构成，过渡区和均匀区形成干涉结构；
[0009](2)将所述锥形微纳光纤浸泡于食人鱼溶液，使锥形微纳光纤的表面产生大量的硅羟基，再浸泡于硅烷偶联剂，使锥形微纳光纤表面产生大量的氨基；然后将锥形微纳光纤再浸泡于戊二醛溶液中，得到经表面修饰的锥形微纳光纤；
[0010](3)将所述经表面修饰锥形微纳光纤浸泡于DNA适配体溶液中，DNA适配体通过非共价键作用在的锥形微纳光纤表面形成了可用于与目标DNA分子特异性结合的、可引起锥形微纳光纤表面折射率变化的生物敏感膜，得到光纤DNA传感探针。
[0011]本专利技术中，优选地，所述外部光源为宽带光源，所述宽带光源为抗震动宽带激光器。
[0012]本专利技术中，优选地，所述锥形微纳光纤均匀区直径在10微米以下。
[0013]本专利技术中，优选地，所述微流芯片沟槽直径在300～600μm。
[0014]本专利技术中，优选地，所述光谱分析仪(7)为波长范围600～1700nm。
[0015]本专利技术中，优选地，所述智能蠕动泵流量范围0.01～1000ml/min。
[0016]本专利技术还提供利用上述离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置进行DNA检测的方法，包括以下步骤：
[0017]利用智能蠕动泵向微流芯片的沟槽中注入待测目标DNA溶液，使光纤DNA传感探针浸没在含有待测目标DNA的溶液中，外部光源将入射激光输入到光纤DNA传感探针，并在光纤DNA传感探针表面上形成倏逝波，经过一段时间的反应，光纤DNA传感探针捆绑目标DNA后，再通过智能蠕动泵加入扩展DNA溶液，使目标DNA再与扩展DNA特异性结合，然后再通过智能蠕动泵加入摩尔浓度为3M的钾离子溶液，通过离子调控扩展DNA的构象变化，利用光纤DNA传感探针表面的倏逝波对外界环境变化敏感的特性，采用光谱分析仪检测倏逝波谐振峰的波长变化情况，通过研究所述目标DNA浓度与倏逝波变化之间的关联性，建立目标DNA浓度与谐振峰的波长之间的线性关系，实现目标DNA增敏传感检测。
[0018]其中，所述目标DNA浓度与谐振峰的波长之间的线性关系如下：y=5.509+0.309lg(x)，其中y为谐振峰的波长，x为目标DNA浓度。
[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术通过锥形微纳光纤构建光纤DNA传感探针，利用探针表面的倏逝波对外界环境变化敏感的特性，以及DNA传感探针与目标DNA特异性结合所引起的适配体构象变化实现目标DNA检测。本专利技术引入离子调控扩展DNA的构象变化增敏机制，实现目标DNA增敏传感检测，检测极限较常用方法获得显著提高。
[0021]2、本专利技术探测器件具有小巧灵活、抗电磁辐射和操作简便等特点，很好地避免了常用方法的繁复操作和其它成分的干扰。
[0022]3、本专利技术光纤DNA传感探针与信号传输线集成于单根光纤，检测精度高和响应时间短，并且可实现DNA给定序列小剂量和微量浓度的测量。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置的功能示意图。
[0024]图2是本专利技术中光纤DNA传感探针的结构示意图。
[0025]图3是光纤DNA传感探针与目标DNA配对结合时表面倏逝波干涉峰某一模式的波长
随浓度变化的示意图；
[0026]图4是光纤DNA传感探针与目标DNA配对结合后，目标DNA再与扩展DNA配对结合时并在高浓度钾离子作用下表面倏逝波干涉峰某一模式的波长随浓度变化的示意图。
[0027]附图中，1
‑
宽带光源；2
‑
锥形微纳光纤；3
‑
传输光纤；4
‑
微流芯片；5
‑
智能蠕动泵；6
‑
微流管；7
‑
光谱分析仪；8
‑
入射激光；9
‑
倏逝波；10
‑
DNA适配体；11
‑
目标DNA溶液；12
‑
扩展DNA溶液；13
‑
离子溶液。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置，其特征在于：包括传输光纤、光纤DNA传感探针、微流芯片、光谱分析仪和智能蠕动泵；所述光纤DNA传感探针内置于微流芯片的沟槽中，光纤DNA传感探针的输入端通过连接传输光纤接入外部光源，光纤DNA传感探针的输出端与光谱分析仪的输入端之间通过传输光纤连接；所述智能蠕动泵通过微流管连接微流芯片的进液端，智能蠕动泵用于将待测目标DNA溶液、扩展DNA溶液和离子溶液泵入微流芯片的沟槽；所述光纤DNA传感探针通过以下步骤处理得到：(1)通过融熔加热拉锥的方法将普通光纤制备成锥形微纳光纤；所述锥形微纳光纤由过渡区和均匀区构成，过渡区和均匀区形成干涉结构；(2)将所述锥形微纳光纤浸泡于食人鱼溶液，使锥形微纳光纤的表面产生大量的硅羟基，再浸泡于硅烷偶联剂，使锥形微纳光纤表面产生大量的氨基；然后将锥形微纳光纤再浸泡于戊二醛溶液中，得到经表面修饰的锥形微纳光纤；(3)将所述经表面修饰锥形微纳光纤浸泡于DNA适配体溶液中，DNA适配体通过非共价键作用在的锥形微纳光纤表面形成了可用于与目标DNA分子特异性结合的、可引起锥形微纳光纤表面折射率变化的生物敏感膜，得到光纤DNA传感探针。2.根据权利要求1所述的一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置，其特征在于：所述外部光源为宽带光源，所述宽带光源为抗震动宽带激光器。3.根据权利要求1所述的一种离子调控G四联体增敏型DNA光纤传感检测装置，其特征在于：所述锥形微纳光纤均匀区直径在10微米以下。4.根据权利要求1所述的一种离子调控G四联体增敏型...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆杭林，胡君辉，阳丽，牛亚兰，邵来鹏，唐剑，黎远鹏，潘福东，郭泽平，符可鹏，涂闪，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：