光学DNA生物传感器
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生物光学传感：DNA和基因检测
生物传感器定义
生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行 检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包 括酶、抗体、抗原、DNA、蛋白质等生物活性物质）与适 当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统。 生物传感器具有接受器与转换器的功能。
生物传感器原理与结构
1.1 光纤DNA生物传感器的工作原理
图1 光纤DNA生物传感器装置图
1.2 光纤DNA生物传感器的优点
可进行液相杂交检测 可在线和实时检测 可对活体内核酸动态进行检测 灵敏度高；特异性强 光纤传输功率损耗小，传输信息容量 大
1.3 光纤DNA生物传感器的应用
用于模式寡核苷酸的检测 用于 DNA损伤的检测 用于基因检测 用于药物检测 用于酶的检测
3.1 光波导DNA生物传感器的工作原理
图3 光波导DNA生物传感器装置图
3.2 光波导DNA生物传感器研究状况
光波导DNA生物传感器光波导DNA生物传感器是在光波导载波片表面制 成ssDNA探针阵列，将光波导载波片与另一片载波片叠加在一起，中间形 成175“m厚、2．54一宽的通道。在此通道中含有生物素标记的DNA和抗 生物素一～硒结合物的溶液与ssDNA探针杂交，抗生物素与生物紊结合， 使硒粒子聚焦在光波导载波片表面ssDNA探针的杂交部位上。以灯光经狭 缝照射光波导边缘，光线在波导内以全反射方式传播，在溶液中距波导载 波片表面100—300nm形成的隐失波场中产生散射。利用CCD相机可记录 下散射光信号的图样，经计算机分析处理，可获得DNA杂交的图谱。采用 该原理设计的DNA生物传感器由于对技术要求很高，现仍然处于实验室的 研究阶段，而且相对于光纤来说，它的实用价值较差。
2.2 SPR生物传感器的优点
测量准确度高 无需对待测分子进行标记处理 响应快 , 体积小 , 机械强度大 , 抗电磁 干扰能力强 可实现数据的远程采集和连续的在线 监控 可实时检测，也易于微型化和集成化
2.3 SPR生物传感器的应用
药物筛选 蛋白质检测和蛋白-蛋白相互作用 等蛋白质组学研究 食物检测和环境监控 遗传分析（DNA检测分析）
2.SPR(Surface plasmon resonance biosensors) 生物传感器的工作原理
SPR是一种物理光学现象,是电磁波 所激发的在金属和电介质交界面上形 成的影响电磁波传播的谐振波。表面 等离子体(SP)是沿着金属和电介质间 界面传播的电磁波形成的。
2.1 SPR生物传感器的工作原理图
大多数DNA传感器，不论是光学的还是电类 的，都是建立在DNA杂交的基础上，即DNA 碱基配对和系列互补原理，它是由固定有已 知的核甘酸序列的单链DNA(亦称之为ssDNA 探针)的电极(探头)和换能器两部分组成。
1.1 光纤DNA生物传感器的工作原理
光纤 DNA 生物传感器是将单链DNA 探针固定在mm级的光导纤维的末端 上, 然后将若干条固定有单链 DNA 探针的光导纤维合成一束, 形成一 个微阵列的传感器装置.
生物光学传感器
生物光学传感器利用被测物质与探测试 剂反应后引发的光学信号变化（荧光、颜色、 折射率变化等）作为探测基础，一般由传感 层、光信号转换和放大处理三个功能模块组 成。
传感层
转换器
wk.baidu.com
待测物
光学DNA生物传感器类型
由于光学的方法具有非破坏性和高灵敏度的 优点，因此生物光学传感器在生物活性物质 探测方面有着广泛的应用。 目前研究的用于DNA检测的光学生物传感器 有光纤式、表面等离子谐振式、光波导式等 类型。
生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换 能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起 某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是 生物传感器选择性测定的基础。生物体中能够选择性地分辩 特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别 功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体 和抗原的结合，酶与基质的结合。
光学DNA生物传感器
综合比较上述三种光学生物传感器 我们 会发现 生物传感器的设计涉及到两个关 键技术 ： 1.是有效地将探针固定在固体基质表面 2.是在传感器-液相界面对于靶基因的测 定技术。
The end,thank you!
• 表面等离子体共振测量（SPR）技术是近几年发展起来的生 物光学检测技术，它利用了衰减全内反射的原理。当光从棱 镜等光密介质以大于布儒斯特角入射到金属薄膜等光疏介质 时会有一部分光以倏逝波的形式继续在金属薄膜中传播，其 强度呈指数式衰减。膜的光会激发金属薄膜中的自由电子产 生振动，当这部分光的波矢量与自由电子产生的表面等离子 体的波矢量相同时，就会产生表面等离子体共振，反射光能 量急剧下降的现象。将DNA、蛋白质、抗体（抗原）的生物 活性分子固定在金属膜上形成生物敏感膜层，当生物敏感膜 层与待测物接触后，其折射率会发生变化，表面等离子体共 振生物传感器通过准确的测定膜层折射率的变化对待测物实 现无标记检测。
生物传感器定义
生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行 检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包 括酶、抗体、抗原、DNA、蛋白质等生物活性物质）与适 当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统。 生物传感器具有接受器与转换器的功能。
生物传感器原理与结构
1.1 光纤DNA生物传感器的工作原理
图1 光纤DNA生物传感器装置图
1.2 光纤DNA生物传感器的优点
可进行液相杂交检测 可在线和实时检测 可对活体内核酸动态进行检测 灵敏度高；特异性强 光纤传输功率损耗小，传输信息容量 大
1.3 光纤DNA生物传感器的应用
用于模式寡核苷酸的检测 用于 DNA损伤的检测 用于基因检测 用于药物检测 用于酶的检测
3.1 光波导DNA生物传感器的工作原理
图3 光波导DNA生物传感器装置图
3.2 光波导DNA生物传感器研究状况
光波导DNA生物传感器光波导DNA生物传感器是在光波导载波片表面制 成ssDNA探针阵列，将光波导载波片与另一片载波片叠加在一起，中间形 成175“m厚、2．54一宽的通道。在此通道中含有生物素标记的DNA和抗 生物素一～硒结合物的溶液与ssDNA探针杂交，抗生物素与生物紊结合， 使硒粒子聚焦在光波导载波片表面ssDNA探针的杂交部位上。以灯光经狭 缝照射光波导边缘，光线在波导内以全反射方式传播，在溶液中距波导载 波片表面100—300nm形成的隐失波场中产生散射。利用CCD相机可记录 下散射光信号的图样，经计算机分析处理，可获得DNA杂交的图谱。采用 该原理设计的DNA生物传感器由于对技术要求很高，现仍然处于实验室的 研究阶段，而且相对于光纤来说，它的实用价值较差。
2.2 SPR生物传感器的优点
测量准确度高 无需对待测分子进行标记处理 响应快 , 体积小 , 机械强度大 , 抗电磁 干扰能力强 可实现数据的远程采集和连续的在线 监控 可实时检测，也易于微型化和集成化
2.3 SPR生物传感器的应用
药物筛选 蛋白质检测和蛋白-蛋白相互作用 等蛋白质组学研究 食物检测和环境监控 遗传分析（DNA检测分析）
2.SPR(Surface plasmon resonance biosensors) 生物传感器的工作原理
SPR是一种物理光学现象,是电磁波 所激发的在金属和电介质交界面上形 成的影响电磁波传播的谐振波。表面 等离子体(SP)是沿着金属和电介质间 界面传播的电磁波形成的。
2.1 SPR生物传感器的工作原理图
大多数DNA传感器，不论是光学的还是电类 的，都是建立在DNA杂交的基础上，即DNA 碱基配对和系列互补原理，它是由固定有已 知的核甘酸序列的单链DNA(亦称之为ssDNA 探针)的电极(探头)和换能器两部分组成。
1.1 光纤DNA生物传感器的工作原理
光纤 DNA 生物传感器是将单链DNA 探针固定在mm级的光导纤维的末端 上, 然后将若干条固定有单链 DNA 探针的光导纤维合成一束, 形成一 个微阵列的传感器装置.
生物光学传感器
生物光学传感器利用被测物质与探测试 剂反应后引发的光学信号变化（荧光、颜色、 折射率变化等）作为探测基础，一般由传感 层、光信号转换和放大处理三个功能模块组 成。
传感层
转换器
wk.baidu.com
待测物
光学DNA生物传感器类型
由于光学的方法具有非破坏性和高灵敏度的 优点，因此生物光学传感器在生物活性物质 探测方面有着广泛的应用。 目前研究的用于DNA检测的光学生物传感器 有光纤式、表面等离子谐振式、光波导式等 类型。
生物传感器由分子识别部分（敏感元件）和转换部分（换 能器）构成，以分子识别部分去识别被测目标，是可以引起 某种物理变化或化学变化的主要功能元件。分子识别部分是 生物传感器选择性测定的基础。生物体中能够选择性地分辩 特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别 功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体 和抗原的结合，酶与基质的结合。
光学DNA生物传感器
综合比较上述三种光学生物传感器 我们 会发现 生物传感器的设计涉及到两个关 键技术 ： 1.是有效地将探针固定在固体基质表面 2.是在传感器-液相界面对于靶基因的测 定技术。
The end,thank you!
• 表面等离子体共振测量（SPR）技术是近几年发展起来的生 物光学检测技术，它利用了衰减全内反射的原理。当光从棱 镜等光密介质以大于布儒斯特角入射到金属薄膜等光疏介质 时会有一部分光以倏逝波的形式继续在金属薄膜中传播，其 强度呈指数式衰减。膜的光会激发金属薄膜中的自由电子产 生振动，当这部分光的波矢量与自由电子产生的表面等离子 体的波矢量相同时，就会产生表面等离子体共振，反射光能 量急剧下降的现象。将DNA、蛋白质、抗体（抗原）的生物 活性分子固定在金属膜上形成生物敏感膜层，当生物敏感膜 层与待测物接触后，其折射率会发生变化，表面等离子体共 振生物传感器通过准确的测定膜层折射率的变化对待测物实 现无标记检测。