長春光機所在光纖生物傳感方面取得重要研究進展

  ICC訊 生物傳感器由于其快速、準確、簡便的特點，并且借助于目前微流控分析技術可實現(xiàn)高通量分析，在生命科學研究、疾病診斷和預后監(jiān)控、環(huán)境質量監(jiān)控、生物安全等領域具有廣闊的應用前景。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、細胞生物學應用等方面。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、遠程傳輸?shù)忍攸c受到了廣泛關注。

  長春光機所吳一輝研究團隊致力于這一研究領域近10年，目標是為了實現(xiàn)癌癥標志物的超低濃度檢測，以期待對癌癥的早期篩查和預后監(jiān)測提供技術支撐降低癌癥的發(fā)病率及死亡率。針對這一目標，該研究團隊近期在光纖傳感器的高靈敏度、高重復性、高特異性等方面取得重要研究進展，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性差問題，提出結合熔融拉伸法和濕法腐蝕法的復合制備方法。在折射率為1.333的水和折射率為1.365的氯化鈉液體介質中，通過該復合制備方法均可實現(xiàn)微納光纖耦合器的色散轉折點位置從1600nm至900nm的精確調(diào)控，精度優(yōu)于1nm。并且通過制備色散轉折點位置一致的光纖耦合器解決其重復性問題。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寬譜范圍色散轉折點精確可控調(diào)節(jié)

  在高靈敏度色散轉折點檢測原理方面，提出一種全新的Z形錐形微納光纖結構，，通過優(yōu)化兩種該結構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。相關的研究工作發(fā)表在國際光學期刊Optics Express（JCR 1區(qū)，https://doi.org/10.1364/OE.441874，2021）上。

Z型微納光纖結構示意圖

  臨床應用過程中，面對血清等復雜樣本最大的挑戰(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，該團隊提出血清預吸附的方法，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行腫瘤標志物的無標檢測。并且為了實現(xiàn)臨床樣本的無標定量檢測，提出了一種基于標準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的無標記定量檢測，檢測結果與臨床檢查非常吻合。相關研究工作發(fā)表在國際傳感領域權威期刊ACS Sensors（JCR 1區(qū)，https://doi.org/10.1021/acssensors.1c01031，2021）上。

無標定量檢測方法

微納光纖生物傳感與臨床化學發(fā)光法對臨床癌癥病人檢測結果對比

  針對微納光纖傳感器中獲得高重復性、高靈敏度、高特異性的研究方法或結構目前已經(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、國家自然科學面上項目、中科院青促會等項目的支持。