【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】生物傳感器由于其快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，并且借助于目前微流控分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高通量分析，在生命科學(xué)研究、疾病診斷和預(yù)后監(jiān)控、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控、生物安全等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前的研究主要集中在即時(shí)檢測(cè)(POCT)、無(wú)創(chuàng)分析、在線檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用等方面。光纖生物傳感器由于其獨(dú)特的高靈敏度、集成度高、抗電磁干擾、遠(yuǎn)程傳輸?shù)忍攸c(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。
 

　　長(zhǎng)春光機(jī)所吳一輝研究團(tuán)隊(duì)致力于這一研究領(lǐng)域近10年，目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)癌癥標(biāo)志物的超低濃度檢測(cè)，以期待對(duì)癌癥的早期篩查和預(yù)后監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐降低癌癥的發(fā)病率及死亡率。針對(duì)這一目標(biāo)，該研究團(tuán)隊(duì)近期在光纖傳感器的高靈敏度、高重復(fù)性、高特異性等方面取得重要研究進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了從“能測(cè)”到“能用”的跨越。
 

　　針對(duì)微納光纖耦合器的重復(fù)性差問(wèn)題，提出結(jié)合熔融拉伸法和濕法腐蝕法的復(fù)合制備方法。在折射率為1.333的水和折射率為1.365的氯化鈉液體介質(zhì)中，通過(guò)該復(fù)合制備方法均可實(shí)現(xiàn)微納光纖耦合器的色散轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置從1600nm至900nm的精確調(diào)控，精度優(yōu)于1nm。并且通過(guò)制備色散轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置一致的光纖耦合器解決其重復(fù)性問(wèn)題。該研究工作發(fā)表在國(guó)際期刊Journal of Lightwave Technology (JCR 1區(qū)，DOI: 10.1109/JLT.2020.3033660，2021)上。
 

900-1600nm寬譜范圍色散轉(zhuǎn)折點(diǎn)精確可控調(diào)節(jié)
 

　　在高靈敏度色散轉(zhuǎn)折點(diǎn)檢測(cè)原理方面，提出一種全新的Z形錐形微納光纖結(jié)構(gòu)，，通過(guò)優(yōu)化兩種該結(jié)構(gòu)微納光纖的尺寸參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)折射率的超高靈敏度檢測(cè)，目前實(shí)現(xiàn)的靈敏度與微納光纖耦合器靈敏度相當(dāng)。相關(guān)的研究工作發(fā)表在國(guó)際光學(xué)期刊Optics Express(JCR 1區(qū)，https://doi.org/10.1364/OE.441874，2021 )上。
 

Z型微納光纖結(jié)構(gòu)示意圖
 

　　臨床應(yīng)用過(guò)程中，面對(duì)血清等復(fù)雜樣本最大的挑戰(zhàn)是血清中干擾蛋白產(chǎn)生的非特異性吸附，為了解決這一問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)提出血清預(yù)吸附的方法，并在空白血清重合的前提下，實(shí)現(xiàn)了微納光纖耦合器免疫傳感器在寬動(dòng)態(tài)范圍的稀釋血清中進(jìn)行腫瘤標(biāo)志物的無(wú)標(biāo)檢測(cè)。并且為了實(shí)現(xiàn)臨床樣本的無(wú)標(biāo)定量檢測(cè)，提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)血清波長(zhǎng)偏移的方法來(lái)減少個(gè)體差異的影響。與吉大二院合作，首次展示了基于微納光纖耦合器免疫傳感器的人血清中CEA的無(wú)標(biāo)記定量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與臨床檢查非常吻合。相關(guān)研究工作發(fā)表在國(guó)際傳感領(lǐng)域權(quán)威期刊ACS Sensors(JCR 1區(qū)，https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01031，2021)上。
 

無(wú)標(biāo)定量檢測(cè)方法
 

微納光纖生物傳感與臨床化學(xué)發(fā)光法對(duì)臨床癌癥病人檢測(cè)結(jié)果對(duì)比
 

　　針對(duì)微納光纖傳感器中獲得高重復(fù)性、高靈敏度、高特異性的研究方法或結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，上述三篇論文的共通訊作者為長(zhǎng)春光機(jī)所周文超副研究員和吳一輝研究員，該部分研究工作得到國(guó)家基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)面上項(xiàng)目、中科院青促會(huì)等項(xiàng)目的支持。