長(zhǎng)春光機(jī)所光纖生物傳感器研究獲進(jìn)展

  ICCSZ訊 近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員吳一輝課題組，基于光纖模式耦合特性，提出一種基于光纖耦合器的無(wú)標(biāo)超高靈敏度生物傳感器，該研究對(duì)心肌梗塞、癌癥等生物標(biāo)志物的檢測(cè)具有重要意義。

  急性心肌梗塞(Acute myocardial infarction, AMI) 是臨床常見(jiàn)的急性多發(fā)病，嚴(yán)重威脅人們的生命健康，AMI早期診斷和危險(xiǎn)分層對(duì)于降低急性病死率具有重要的臨床意義。心肌肌鈣蛋白I(Cardiac troponin I, cTnI) 是一種僅存在于心肌細(xì)胞中的結(jié)構(gòu)蛋白亞型，由于其顯著的特異性和敏感性被認(rèn)為是AMI檢測(cè)的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。當(dāng)發(fā)生心肌損傷時(shí)，cTnI釋放并進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)中數(shù)小時(shí)候后達(dá)到峰值并維持6至8天，但作為生物標(biāo)志物在AMI發(fā)病前后血液中的cTnI濃度極低，這對(duì)臨床診斷提出了非常苛刻的要求。

  課題組在前期無(wú)標(biāo)光纖生物傳感器研究工作的基礎(chǔ)上，提出一種基于光纖耦合器結(jié)構(gòu)的生物傳感器，該傳感器基于光纖耦合器中奇模和偶模的干涉效應(yīng)，兩個(gè)相干模式的群有效折射率相等時(shí)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即零色散，此時(shí)的靈敏度理論為無(wú)窮大。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)檢測(cè)近轉(zhuǎn)折點(diǎn)的光譜曲線得到的折射率靈敏度為91777.9nm/RIU，實(shí)現(xiàn)了對(duì)cTnI的檢出限為2fg/mL，為目前國(guó)際相關(guān)領(lǐng)域取得的最高靈敏度，光纖耦合器傳感器具有良好的特異性和重復(fù)性，對(duì)后期生物傳感器的實(shí)用化具有重要意義。

  相關(guān)研究成果發(fā)表在Biosensors and Bioelectronics上。研究工作得到中國(guó)-以色列國(guó)家國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)青年基金等的支持。

圖1.(a) 光纖耦合器傳感器示意圖 (b) 轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近不同光纖直徑下理論計(jì)算的靈敏度與波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)曲線

圖2.(a) 不同濃度cTnI轉(zhuǎn)折點(diǎn)附件的光譜曲線 (b) 不同濃度cTnI峰值波長(zhǎng)移動(dòng) (c) 2fg/mL和4fg/mL實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線 (d) cTnI與非特異性蛋白的特異性對(duì)比實(shí)驗(yàn)