新型光學微腔和微腔激光器生物傳感器效應研究.pdf

1、無標記光學生物傳感器是利用光學的手段探測在自然狀態(tài)下生物分析物的傳感器，具有高靈敏度、低探測極限、分析物前處理簡單、多通道信號傳輸、不受電磁干擾、可遠程控制、可實時監(jiān)控等特點，可用于生物醫(yī)學研究、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測和國防等方面。
　　在各種結(jié)構(gòu)中，光學微腔是一種非常合適的傳感元件。光學微腔在束縛光場至微米量級的同時，保持很高的Q值(104～109)，傳感性能優(yōu)異，理論上甚至可達到單蛋白質(zhì)分子探測。另外，其傳感功能區(qū)域小，利于集成和

2、多分析物同步探測，極具實用價值。
　　本論文在光微流諧振環(huán)生物傳感器優(yōu)化、基于耦合腔單頻激光器的微腔生物傳感器的設計與實現(xiàn)方面開展了系列研究，主要創(chuàng)新點是：
　　1.分析并測量了光微流諧振環(huán)無標記生物傳感器在接近探測極限情況下的體折射率探測和生物小分子表面物質(zhì)密度無標記探測能力。體折射率和表面物質(zhì)密度的等噪聲探測極限分別為3.8×10-8和0.18 pg/mm2，均突破了多數(shù)生物傳感器遇到的10.7 RIU和1 pg/mm2

3、探測極限瓶頸。這些結(jié)果代表了當時微腔生物傳感器的最好表現(xiàn)，設定了微腔生物傳感器傳感的極限基準，也為微腔傳感器之間以及與其它技術(shù)性能的衡量比較提供了實驗依據(jù)。
　　2.理論分析了一種三維光場限制的光微流諧振環(huán)無標記生物傳感器對水中和空氣中單納米顆粒探測的能力。通過各個參數(shù)的優(yōu)化，我們得到了其靈敏度與微球生物傳感器相比至少提高10倍。結(jié)合目前報道的最低噪聲水平，其最小可探測單納米顆粒半徑小于10納米，已接近單個蛋白質(zhì)分子水平。