免疫型光纤倏逝波生物传感器的研究与发展

介绍了基于倏逝波激发的荧光免疫型光纤生物传感器的基本原理,针对其中应用的各种方法进行了分析。基于倏逝波激发的荧光免疫型光纤生物传感器的免疫检测方法、探头发展和系统结构发展．对国内外的最新产品和技术及其应用情况进行了介绍和概述,并结合新技术的出现和系统整体结构的演变趋势对免疫型倏逝波光纤生物传感器的发展进行了展望。     

新型的分段结构光纤倏逝波传感器

提出一种基于倏逝波吸收原理的分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第一个界面上被反复地激发。分析不同结构、纤芯直径和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相同的条件下,传感长度为5cm分段结构光纤倏逝波传感器的灵敏度为0.0135L/mmol,优于传感长度为6cm的传统的单一直形传感器的灵敏度0.0102L/mmol。分段结构光纤倏逝波传感器能有效地激发光纤中低阶模到高阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构光纤倏逝波传感器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高,在物质光谱检测方面有着潜在的应用。     

多探头光纤倏逝波生物传感器及其性能研究

利用光纤倏逝波原理,以输出波长为635 nm的半导体激光器为光源,研制成功一台具有5个探头的光纤生物传感器.该传感器5个光纤探头对纯净Cy5荧光染料溶液的检测灵敏度均达0.01 nmol/L,在同一浓度下信噪比的相对标准偏差小于10%,5个探头的信噪比曲线几乎重合,且与商品化生物芯片扫描仪同时检测得到的结果一致;检测到了抗原抗体特异性反应的动态过程.本传感器具有较高的检测灵敏度、良好的响应一致性和生物特异性,可用于多重生物物质的检测.     

ZnO纳米线光学特性测试的倏逝波耦合

使用纳米氧化硅光纤探针,利用倏逝波耦合方法,将紫外到红外的激光成功地耦合进单根ZnO纳米线,耦合效率可达25%.实验观测了单根纳米线的荧光特性,发现ZnO纳米线光传输损耗很低.研究证明:采用透镜聚焦激发纳米线发光的传统耦合方法,只能使用特殊激发波长的光;而倏逝波耦合方法具有高效、适用性强的特点,在半导体纳米线和纳米带的光学特性研究中有广泛的应用前景.     

An Evanescent Coupling Approach for Optical Characterization of ZnO Nanowires

使用纳米氧化硅光纤探针,利用倏逝波耦合方法,将紫外到红外的激光成功地耦合进单根ZnO纳米线,耦合效率可达25%.实验观测了单根纳米线的荧光特性,发现ZnO纳米线光传输损耗很低.研究证明:采用透镜聚焦激发纳米线发光的传统耦合方法,只能使用特殊激发波长的光;而倏逝波耦合方法具有高效、适用性强的特点,在半导体纳米线和纳米带的光学特性研究中有广泛的应用前景.     

高灵敏度分段结构光纤倏逝波传感器

提出一种基于倏逝波吸收原理的高灵敏度分段结 构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分 段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第1个界面上被反复的激 发和吸收。分析 不同结构和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝 波传感器,并用 不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相 同和分段结构传 感器的传感长度3cm短于传统的单一的直形传感器传感长度5cm的条件下,分段结构传感器 的灵敏度是 0.038L/g,优于直形传感器的灵敏度0.026L/g。分段结构光纤倏逝波传感器能有效激发 光纤中低阶模到高 阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构 光纤倏逝波传感 器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高。     

基于FPGA的倏逝波型光纤气体检测研究

文章就光纤气体传感器的背景和发展进行了介绍,并且对倏逝波型的光纤气体检测原理进行了分析与研究.设计了一款基于FPGA的倏逝波型的光纤气体检测系统.通过模拟与实验,提高了检测灵敏度和响应时间,可进行多种气体检测.     

基于角谱法分析圆形活塞声源近场声特性

圆形活塞的声辐射应用较广,大多数超声检测应用中所用的声源,都可视为活塞式辐射器。利用角谱法分析了传播波和倏逝波在声场轴线上的分布与空间位置、声源半径及辐射频率间的关系,通过比较两种波的声压幅值确定了倏逝波的有效传播距离。利用近场声全息(NAH)理论计算了倏逝波在换能器近场空间的声压分布,并对结果进行误差分析。仿真结果表明,基于空间傅里叶变换的角谱法和NAH法均可准确反映圆形活塞辐射近场声压呈现数衰减的分布规律。     

线性锥形光纤倏逝波传感器的灵敏度分析

倏逝波的透射深度、均匀感应区域的感应芯径和感应长度是线性锥形光纤倏逝波传感器灵敏度的主要影响因素。为了实现灵敏度的最优化设计,分别建立了倏逝波透射深度与锥形参数之间关系及有效吸收路径与感应芯径和感应长度之间关系的数学模型,讨论了不同锥形参数(发射角、锥度比、锥长)下倏逝波的透射深度,不同感应芯径和感应长度下倏逝波的有效吸收路径,并进行了仿真。仿真结果表明,选择锥形光纤几何体和合适的发射角,可使透射深度增大近3倍,当锥度比为0.4时,倏逝波透射深度最大;减小感应芯径,增大感应长度可提高倏逝波的有效吸收路径,增强纤芯表面的倏逝波与周围吸收介质的作用强度。研究结果可用来指导制作高灵敏度线性锥形光纤倏逝波传感器。     

生态芯片及其在医学和生物学中的应用

本文阐述了生物芯片的制作原理及杂交信号的检测方法及其在生物医学中的应用。生物芯片的制作工艺主要分两大类：一类是采用在芯片点阵上直接合成寡核苷酸的方法;另一类是用点阵或喷墨打印法将纳升级的微量DNA溶液直接以阵列形式点放并固化在芯片载体上,生物芯片主要通过杂交信号进行检测。对于荧光标记的杂交信号的检测方法,主要有激光荧光扫描显微镜、激光扫描共焦显微镜、带有CCD相机的荧光显微镜、光纤生物传感器等。对于生物素标记的杂交信号的检测方法,主要有化学发光法、光激发磷光物质存储屏法。DNA基因芯片在生物医学中有着重大的应用前景。     

Nanopatterned polymethylpentene substrates fabricated by injection molding for biophotonic applications

This paper reports the well-controlled replication of nanostructures with features sizes as small as 50 nm on the surface of polymethylpentene (PMP) substrates by injection molding. A 2″ silicon wafer carrying the nanostructures served as exchangeable mold insert. This PMP injection molding process is aimed at developing a planar optical polymer waveguide platform for evanescent wave sensing. In particular we focus on disposable polymer optical biochips for the label-free detection of bio-molecules.     

微生化芯片内光探测的研究

针对微生化芯片样品量少、需要与微流体芯片集成等要求 ,设计了两种在芯片内用分光光度法 ,对混合后液体的吸收光谱进行探测的方法。光探测部分是微型生化分析芯片的重要组成部分。原理性实验利用 4 6 0～ 80 0nm的可见光光源 ,采用了直接探测法和消逝波探测法对样品进行探测。通过两种方法的比较证明 :直接探测法具有原理简单、实验效果明显等优点。利用消逝波探测具有易于集成的优点     

微波近场扫描显微镜无损介质层透视探测成像

在分析新型微波近场扫描显微镜同轴谐振腔工作模式的基础上,采用了S参量测量谐振腔多谐振频点S21幅值和相位的工作方式。为满足探测非透明物体内部隐藏结构的需求,利用谐振腔微扰理论和隐失场探测原理,实验测得介质层下金属隐藏结构的扫描微波图像,实现约0.01λ超分辨率的清晰图像。讨论了采用微波近场扫描显微镜方法进行的非透明物体内部无损探测技术,为进一步应用于物体内部无损探测和检验提供了重要的研究基础。     

Evanescent wave of extraordinary beam at uniaxial crystal surfaces

Under the circumstance of optical axis being in the incident plane,the evanescent wave of total reflection is studied when an extraordinary beam is incident from an isotropic medium upon a uniaxial crystal by using the general characteristics of uniaxial crystal and electromagnetic field.This paper presents the propagation directions of equiphase plane and the images of evanescent wave,and reveals that the equiamplitude plane and the equiphase plane are not in quadrature any more,and the phase difference between longitudinal wave and transversal wave does not equal π/2,either.But the reflectivity is still kept at 100.     

隐失波荧光显微镜及其在植物细胞生物学中的应用

隐失波荧光显微术（evanescent wave fluorescence microscopy,EWFM）是一种对细胞膜附近的生物学过程进行选择性观测的光学显微成像技术,该技术是基于全内反射原理,即当光在生物样品表面产生全内反射时,虽然在样品表面未被光直接照亮,但它仍会产生一种隐失波,这种隐失波却有足够能量将样品表面100～200 nm范围内的荧光基团激发。由于这一特性使得隐失波荧光显微镜能对靠近细胞膜的生物学过程,如胞吞胞吐、单个分子与细胞膜的结合和解离,以及膜上受体的动态变化过程等进行更好的观测。本文简略地介绍了隐失波荧光显微术的原理,同时对其在细胞生物学,特别是在植物细胞生物学中的应用作了初步总结。随着隐失波荧光显微镜的商业化及其观测技术的不断改进,它将在生命科学领域的研究中发挥越来越大的作用。     

光纤倏逝波生物传感器探针新的几何设计

为提高光纤倏逝波生物传感器的探测效率和灵敏度,根据光纤的模式匹配理论计算了给定条件下光纤探头的模式匹配半径,以此匹配半径为基础分析激发光在线性锥型光纤探头中的光线传输轨迹.结合倏逝波透射深度与光线入射角之间的关系,提出一种新的抛物线锥形光纤探头.计算结果表明,为使入射光在均匀感应部分激发的能量最大,入射角在锥形感应部分必须满足在锥形终端最小且刚好是临界角的条件.通过修正抛物线锥形参数,使入射角在满足全反射条件下更加接近于临界角,从而获得比线性锥形更深的透射深度.灵敏度测试实验结果表明抛物线锥形的灵敏度比其它探针测试效果好,说明凹形抛物线锥形探针能够与待测的生物样品之间构成一种理想的荧光收集与激发机制,实验与理论结果比较吻合.     

角锥腔固体激光器相干特性的研究

多光束相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径。首次采用倏逝波理论结合互注入特性揭示了角锥腔固体激光器远场输出为相干合成分布的机理,角锥腔对称部分的激光由于互注入实现锁相,相邻部分由于倏逝波耦合实现锁相,重点研究了固体激光器倏逝波耦合相干的特性。研究表明:锁相效果跟激光阵列排布方式有关,在相同的激光阵列排布方式时,腔长越长,占空比越大,则模式间耦合越强,锁相效果越好,越趋向于同相模输出。理论和实验证明了角锥是一个天然的相干合成元件,角锥多光束相干合成技术具有重要的科学价值。     

The effect of microarray image compression on expression-based classification

Current gene-expression microarrays carry enormous amounts of information. Compression is necessary for efficient distribution and storage. This paper examines JPEG2000 compression of cDNA microarray images and addresses the accuracy of classification and feature selection based on decompressed images. Among other options, we choose JPEG2000 because it is the latest international standard for image compression and offers lossy-to-lossless compression while achieving high lossless compression ratios on microarray images. The performance of JPEG2000 has been tested on three real data sets at different compression ratios, ranging from lossless to 45:1. The effects of JPEG2000 compression/decompression on differential expression detection and phenotype classification have been examined. There is less than a 4% change in differential detection at compression rates as high as 20:1, with detection accuracy suffering less than 2% for moderate to high intensity genes, and there is no significant effect on classification at rates as high as 35:1. The supplementary material is available at .