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长春光机所在光纤生物传感方面取得重要研究进展
2021-12-07 应光室 周文超
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  生物传感器由于其快速、准确、简便的特点,并且借助于目前微流控分析技术可实现高通量分析,在生命科学研究、疾病诊断和预后监控、环境质量监控、生物安全等领域具有广阔的应用前景。目前的研究主要集中在即时检测(POCT)、无创分析、在线检测、现场监测、细胞生物学应用等方面。光纤生物传感器由于其独特的高灵敏度、集成度高、抗电磁干扰、远程传输等特点受到了广泛关注。 

  长春光机所吴一辉研究团队致力于这一研究领域近10年,目标是为了实现癌症标志物的超低浓度检测,以期待对癌症的早期筛查和预后监测提供技术支撑降低癌症的发病率及死亡率。针对这一目标,该研究团队近期在光纤传感器的高灵敏度、高重复性、高特异性等方面取得重要研究进展,实现了从“能测”到“能用”的跨越。 

  针对微纳光纤耦合器的重复性差问题,提出结合熔融拉伸法和湿法腐蚀法的复合制备方法。在折射率为1.333的水和折射率为1.365的氯化钠液体介质中,通过该复合制备方法均可实现微纳光纤耦合器的色散转折点位置从1600nm900nm的精确调控,精度优于1nm。并且通过制备色散转折点位置一致的光纤耦合器解决其重复性问题。该研究工作发表在国际期刊Journal of Lightwave Technology JCR 1区,DOI: 10.1109/JLT.2020.30336602021)上。 

900-1600nm宽谱范围色散转折点精确可控调节 

  在高灵敏度色散转折点检测原理方面,提出一种全新的Z形锥形微纳光纤结构,,通过优化两种该结构微纳光纤的尺寸参数可以实现折射率的超高灵敏度检测,目前实现的灵敏度与微纳光纤耦合器灵敏度相当。相关的研究工作发表在国际光学期刊Optics ExpressJCR 1区,https://doi.org/10.1364/OE.4418742021 )上。 

Z型微纳光纤结构示意图 

  临床应用过程中,面对血清等复杂样本最大的挑战是血清中干扰蛋白产生的非特异性吸附,为了解决这一问题,该团队提出血清预吸附的方法,并在空白血清重合的前提下,实现了微纳光纤耦合器免疫传感器在宽动态范围的稀释血清中进行肿瘤标志物的无标检测。并且为了实现临床样本的无标定量检测,提出了一种基于标准血清波长偏移的方法来减少个体差异的影响。与吉大二院合作,首次展示了基于微纳光纤耦合器免疫传感器的人血清中CEA的无标记定量检测,检测结果与临床检查非常吻合。相关研究工作发表在国际传感领域权威期刊ACS SensorsJCR 1区,https://doi.org/10.1021/acssensors.1c010312021)上。 

无标定量检测方法 

微纳光纤生物传感与临床化学发光法对临床癌症病人检测结果对比 

  针对微纳光纤传感器中获得高重复性、高灵敏度、高特异性的研究方法或结构目前已经申请国家发明专利,上述三篇论文的共通讯作者为长春光机所周文超副研究员和吴一辉研究员,该部分研究工作得到国家基金委重大科研仪器研制项目、国家自然科学面上项目、中科院青促会等项目的支持。 

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