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(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。

  長春光機所吳一輝研究團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。