長春光機(jī)所在光纖生物傳感方面取得重要研究進(jìn)展

  ICC訊 生物傳感器由于其快速、準(zhǔn)確、簡便的特點，并且借助于目前微流控分析技術(shù)可實現(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檢測（POCT）、無創(chuàng)分析、在線檢測、現(xiàn)場監(jiān)測、細(xì)胞生物學(xué)應(yīng)用等方面。光纖生物傳感器由于其獨特的高靈敏度、集成度高、抗電磁干擾、遠(yuǎn)程傳輸?shù)忍攸c受到了廣泛關(guān)注。

  長春光機(jī)所吳一輝研究團(tuán)隊致力于這一研究領(lǐng)域近10年，目標(biāo)是為了實現(xiàn)癌癥標(biāo)志物的超低濃度檢測，以期待對癌癥的早期篩查和預(yù)后監(jiān)測提供技術(shù)支撐降低癌癥的發(fā)病率及死亡率。針對這一目標(biāo)，該研究團(tuán)隊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，實現(xiàn)了從“能測”到“能用”的跨越。

  針對微納光纖耦合器的重復(fù)性差問題，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，通過該復(fù)合制備方法均可實現(xiàn)微納光纖耦合器的色散轉(zhuǎn)折點位置從1600nm至900nm的精確調(diào)控，精度優(yōu)于1nm。并且通過制備色散轉(zhuǎn)折點位置一致的光纖耦合器解決其重復(fù)性問題。該研究工作發(fā)表在國際期刊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)折點精確可控調(diào)節(jié)

  在高靈敏度色散轉(zhuǎn)折點檢測原理方面，提出一種全新的Z形錐形微納光纖結(jié)構(gòu)，，通過優(yōu)化兩種該結(jié)構(gòu)微納光纖的尺寸參數(shù)可以實現(xiàn)折射率的超高靈敏度檢測，目前實現(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)用過程中，面對血清等復(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，為了解決這一問題，該團(tuán)隊提出血清預(yù)吸附的方法，并在空白血清重合的前提下，實現(xiàn)了微納光纖耦合器免疫傳感器在寬動態(tài)范圍的稀釋血清中進(jìn)行腫瘤標(biāo)志物的無標(biāo)檢測。并且為了實現(xiàn)臨床樣本的無標(biāo)定量檢測，提出了一種基于標(biāo)準(zhǔn)血清波長偏移的方法來減少個體差異的影響。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的無標(biāo)記定量檢測，檢測結(jié)果與臨床檢查非常吻合。相關(guān)研究工作發(fā)表在國際傳感領(lǐng)域權(quán)威期刊ACS Sensors（JCR 1區(qū)，https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01031，2021）上。

無標(biāo)定量檢測方法

微納光纖生物傳感與臨床化學(xué)發(fā)光法對臨床癌癥病人檢測結(jié)果對比

  針對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)申請國家發(fā)明專利，上述三篇論文的共通訊作者為長春光機(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家基金委重大科研儀器研制項目、國家自然科學(xué)面上項目、中科院青促會等項目的支持。