引用本文:

黄子吉,任哲毅,肖杰,等:基于RCWA的蛋白质光学生物传感器的研究[J]. 光通信技术,2018,42(1):34-37.

基于RCWA的蛋白质光学生物传感器的研究

黄子吉1,2,任哲毅1,2,肖 杰1,2,白忠臣1,2,陆安江1,2*

(1.贵州大学 大数据与信息工程学院,贵阳 550025; 2.贵州省光电子技术及应用重点实验室,贵阳 550025)

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摘要:设计了一种蛋白质光学生物传感器,运用严格耦合波(RCWA)方法对该传感器进行理论分析,通过计算机仿真模拟,分析了传感器敏感介质膜系的反射率与激光入射角度和待测蛋白质的折射率、厚度之间的关系。由模拟结果可得:光学生物传感器敏感介质膜系的反射率和激光入射角度与待测蛋白质的折射率、厚度都有良好的线性响应特性,且随着厚度增加灵敏度增加。因此,可以通过检测传感器敏感介质膜系的反射率和入射角度得到待测蛋白质的折射率,通过调控抗体层和抗原层的厚度增减灵敏度。该光学生物传感器可用于检测蛋白质的种类和含量,具有灵敏度高、实时和无标记等优点。

关键词:光学生物传感器;蛋白质检测;严格耦合波分析法(RCWA);反射率;折射率

中图分类号:O439; TP212.14 文献标志码:文章编号:1002-5561(2018)01-0034-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2018.01.010

0 引言
    光学生物传感器的技术原理是利用光学物质与待测生物成分发生物理或化学作用,使其光学性质发生改变,进而测出待测物质的基本信息。由于光学生物传感器具有操作简单、稳定性好和不会对待测物造成损伤等特点[1,2],被广泛应用于生物分析等研究领域。蛋白质含量的检测是临床医学中常用来诊断疾病的重要手段,它在生物、食品方面具有重要的意义。目前,常用蛋白质检测方法主要有Biuret法、紫外吸收法、Bradford法和定氮法等[3,4],这几种方法有制备工艺复杂、耗时长和易存在干扰物质等缺点,不能广泛应用于蛋白质含量的检测[5~7]。折射率是一种会随着环境中温度、浓度等参数的变化而变化的物理特性,通过检测待测样品的光学性能、色散和浓度等物理量可以间接获得待测物质的折射率。因此,可以通过检测待测样品的折射率来检测蛋白质的含量,
    目前,常用的折射率检测方法主要有表面等离子体共振法、倏逝波法和荧光传感器法等[8~10],但这些检测方法需要昂贵的设备和复杂的前期处理过程,不能广泛应用于实际检测中。因此,设计一种简便易行、花费低廉、灵敏度高且快速实时高效的光谱学方法来测定蛋白质含量(特别是微量含量)已成为当前快速检测领域的研究热点。基于此,本文运用严格耦合
波(RCWA)设计一款蛋白质光学生物传感器[11,12]。

3 结束语
    本文通过计算机仿真,设计了一种蛋白质光学生物传感器,运用严格耦合波(RCWA)方法对提出的模型进行理论分析,分析了光学生物传感器敏感介质膜系的反射率与激光入射角度和待测蛋白质的折射率、厚度之间的关系。结果表明,光学生物传感器敏感介质膜系的反射率与激光入射角度和待测蛋白质的折射率、厚度具有良好线性响应特性,并随着厚度的增加灵敏度增加。所以,本文设计的光学生物传感器可以同时检测蛋白质的含量和种类,且具有灵敏度高、实时和无需标记等特点,在蛋白质含量的检测领域中具有良好的应用前景。