長春光機所光纖生物傳感器研究獲進展

  ICCSZ訊 近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗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標(biāo)超高靈敏度生物傳感器，該研究對心肌梗塞、癌癥等生物標(biāo)志物的檢測具有重要意義。

  急性心肌梗塞(Acute myocardial infarction, AMI) 是臨床常見的急性多發(fā)病，嚴(yán)重威脅人們的生命健康，AMI早期診斷和危險分層對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為是AMI檢測的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。當(dāng)發(fā)生心肌損傷時，cTnI釋放并進入血液循環(huán)系統(tǒng)中數(shù)小時候后達到峰值并維持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，這對臨床診斷提出了非常苛刻的要求。

  課題組在前期無標(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)，兩個相干模式的群有效折射率相等時，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，即零色散，此時的靈敏度理論為無窮大。實驗中，通過檢測近轉(zhuǎn)折點的光譜曲線得到的折射率靈敏度為91777.9nm/RIU，實現(xiàn)了對cTnI的檢出限為2fg/mL，為目前國際相關(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，對后期生物傳感器的實用化具有重要意義。

  相關(guān)研究成果發(fā)表在Biosensors and Bioelectronics上。研究工作得到中國-以色列國家國際科技合作專項項目、國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項目、國家自然科學(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)折點附近不同光纖直徑下理論計算的靈敏度與波長的對應(yīng)曲線

圖2.(a) 不同濃度cTnI轉(zhuǎn)折點附件的光譜曲線 (b) 不同濃度cTnI峰值波長移動 (c) 2fg/mL和4fg/mL實時動態(tài)曲線 (d) cTnI與非特異性蛋白的特異性對比實驗