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光纤生物传感器在HER3抗体药物定量检测中的应用

史健松 于源华 王美娇 吴再辉 石鑫 张昊 宫平 嵇晓强

史健松, 于源华, 王美娇, 吴再辉, 石鑫, 张昊, 宫平, 嵇晓强. 光纤生物传感器在HER3抗体药物定量检测中的应用[J]. 中国光学, 2018, 11(3): 503-512. doi: 10.3788/CO.20181103.0503
引用本文: 史健松, 于源华, 王美娇, 吴再辉, 石鑫, 张昊, 宫平, 嵇晓强. 光纤生物传感器在HER3抗体药物定量检测中的应用[J]. 中国光学, 2018, 11(3): 503-512. doi: 10.3788/CO.20181103.0503
SHI Jian-song, YU Yuan-hua, WANG Mei-jiao, WU Zai-hui, SHI Xin, ZHANG Hao, GONG Ping, JI Xiao-qiang. Application of optical fiber biosensor in quantitative detection of HER3 antibody[J]. Chinese Optics, 2018, 11(3): 503-512. doi: 10.3788/CO.20181103.0503
Citation: SHI Jian-song, YU Yuan-hua, WANG Mei-jiao, WU Zai-hui, SHI Xin, ZHANG Hao, GONG Ping, JI Xiao-qiang. Application of optical fiber biosensor in quantitative detection of HER3 antibody[J]. Chinese Optics, 2018, 11(3): 503-512. doi: 10.3788/CO.20181103.0503

光纤生物传感器在HER3抗体药物定量检测中的应用

doi: 10.3788/CO.20181103.0503
基金项目: 

吉林省科技发展计划项目 20170309003YY

详细信息
    作者简介:

    史健松(1980—),男,吉林德惠人,硕士研究生,工程师,2003年于长春理工大学获得学士学位,现为长春理工大学生物工程硕士研究生,长春比特医疗仪器有限公司技术部经理,主要从事医学电子仪器设计及开发方面的研究。E-mail:13504304212@163.com

    嵇晓强(1982—),女,吉林德惠人,博士,副教授,2012年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得光学工程博士学位,现为长春理工大学生物医学工程系系主任,主要从事医学信号及图像处理方面的研究。E-mail:zuoanmulan@163.com

  • 中图分类号: TP391.4;TH741

Application of optical fiber biosensor in quantitative detection of HER3 antibody

Funds: 

Jilin Province Science and Technology Development Plan Project 20170309003YY

More Information
  • 摘要: 为了实现对生物分子间相互作用过程的实时、灵敏、快速监测,获得生物分子的有无、浓度与相互作用的动力学参数信息,本文设计了基于光纤生物传感器的生物亲和性检测方法。首先,针对光干涉生物亲和性传感检测系统的光学传输系统"Y"型分叉光纤与光纤探针之间的耦合问题,提出了自聚焦透镜与石英光纤耦合结构,该耦合结构偏心公差能够达到0.02 mm,倾斜公差能够达到0.1°;针对干涉光谱信号的高频噪声问题,采用一种改进的经验模态分解干涉光谱信号处理方法,有效避免了干涉光谱曲线滤波处理后极值点位置的偏移;同时采用局部拟合极值点计算生物分子膜层厚度的方法,将生物分子膜层厚度的分辨率提高到50 pm。利用所搭建的光干涉生物亲和性检测系统,建立了HER3-IgG1抗体药物利用金纳米粒子进行信号放大,实现对其浓度进行定量检测的新方法,检测过程中无需清洗,不产生交叉污染。实验结果表明:系统检测限能达到0.082 6 μg/mL,该系统具有检测时间短,测量准确、精度高、成本低廉等特点,能够应用于药代动力学研究中。
  • 图  1  光干涉生物亲和性传感检测原理

    Figure  1.  Bioaffinity sensing detection principle based on the light interference

    图  2  光学系统及光纤探针示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of optical system and optical fiber probe

    图  3  “Y”型光纤和光纤探针连接示意图

    Figure  3.  Connection schematic diagram of "Y" type optical fiber and optical fiber probe

    图  4  普通透镜和自聚焦透镜光路

    Figure  4.  Optical paths of ordinary lens and self-focusing lens

    图  5  自聚焦透镜与石英光纤耦合结构光路效率仿真图

    Figure  5.  Simulation block diagram of optical path efficiency of the self-focusing lens and quartz optical fiber probe coupling structure

    图  6  自聚焦透镜与石英光纤探针耦合结构给定偏心0.02 mm公差后的光斑足迹图

    Figure  6.  Spot footprint of the self-focusing lens and quartz optical fiber probe coupling structure given eccentricity 0.02 mm

    图  7  自聚焦透镜与石英光纤探针耦合结构给定倾斜0.1°公差后的光斑足迹图

    Figure  7.  Spot footprint of the self-focusing lens and quartz optical fiber probe coupling structure given tilt 0.1 degrees of tolerance

    图  8  干涉光谱信号二次EMD改进方法处理流程图

    Figure  8.  Flowchart of improved method of two times EMD for interference spectrum signal

    图  9  原始干涉光谱经EMD改进方法分析处理后的各阶分量

    Figure  9.  Each order components of original interference spectrum processed by the improved EMD method

    图  10  含有噪声的原始干涉光谱曲线

    Figure  10.  Original spectral curve with noise interference

    图  11  EMD改进方法去噪结果

    Figure  11.  Denoising results of improved EMD method(a) and the partial enlargement result(b)

    图  12  生物亲和性检测系统

    Figure  12.  Photo of bioaffinity detection system

    图  13  HER3-IgG1定量检测结合反应曲线

    Figure  13.  Quantitative detection with reaction curves of HER3-IgG1

    图  14  HER3-IgG1定量检测标准曲线

    Figure  14.  Standard curve of quantitative detection of HER3-IgG1

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-30
  • 修回日期:  2018-03-13
  • 刊出日期:  2018-06-01

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