论文摘要
一字线型激光器式光学表面等离子共振（Surface plasmon resonance,SPR）生物传感器是基于便携式的要求而设计的,满足高灵敏度、在线、快捷及价廉的要求,非常适合于在生物医学、食品安全与质量控制和环境保护等领域中药物残留、抗生素残留和疾病诊断等快速检测。光学SPR生物传感器对生物分子间相互作用的动力学分析具有重大意义,监测生物分子间的响应速率和亲和性将有助于蛋白质功能的分析、药物的开发、基因组学和蛋白质组学的研究等。光学SPR生物传感技术能实时无损伤地检测抗原抗体之间的结合与解离情况,并能够根据无标记高通量监测抗原抗体结合曲线进行定量分析,从而得到抗原抗体之间相互作用的动力学数据,是一种研究生物分子间相互作用的最佳手段。论文提出了用一字线型激光器为光源的光学SPR生物传感器设计方法,介绍了一字线型激光器光学生物传感器的组成结构和光电检测原理,构建了非扫描式光学表面等离子共振生物传感器,分别用乙醇、乙肝抗原和抗体进行了校验实验,建立了相应的共振响应曲线;采用自主研发的光学SPR生物传感器建立生物分子相互作用的动力学分析方法。光学SPR生物传感器系统由生物传感器、微流池、夹具和光电转换装置组成,其中微流池内设三个通道,可同时检测三种被测对象或设置参考通道,采用微处理器PIC16F876A构建曲线和计算动力学参数,内嵌半导体温控芯片,并用PID算法对温度进行调节和控制,通过USB接口和计算机相连;提出了一种用于求解非扫描式光学SPR共振反射光谱信号的共振像素位点的最小二乘法多项式拟合方法,最大限度地提高信噪比,系统描述了滑动平均值滤波、多项式数据拟合方法的原理和共振反射光谱最低点的质心算法。采用体积分数为13%、14%、16%、17%、18%、19%的乙醇溶液进行实验验证,结果表明:多项式拟合算法对光功率变化等环境因素所引起的噪声具有很好的抑制作用,相关系数为0.9852,灵敏度为959.60（像素位点/体积分数）。生物分子相互作用的动力学模型是复杂的非线性方程,精确求解十分困难,论文提出一种计算动力学参数的方法,分别采用牛顿迭代法和最小二乘法。先建立生物分子作用的准一级动力学模型,然后通过分析仪获得乙肝抗原和抗体分子间相互作用的数据,编写的生物分析软件对结合和解离过程进行非线性拟合,拟合曲线和实际曲线具有较好的相关性,相关系数平方值分别为0.99229和0.99593,通过获得的数据和已知数据求结合和解离常数分别为ka = 6.969×105 ml·g -1·s-1,kd = 0.00073 s-1。