長(cháng)春光機所光纖生物傳感器研究獲進(jìn)展

  ICCSZ訊 近日，中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所應用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)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(wú)標超高靈敏度生物傳感器，該研究對心肌梗塞、癌癥等生物標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(jiàn)的急性多發(fā)病，嚴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構蛋白亞型，由于其顯著(zhù)的特異性和敏感性被認為是AMI檢測的“黃金標準”。當發(fā)生心肌損傷時(shí)，cTnI釋放并進(jìn)入血液循環(huán)系統中數小時(shí)候后達到峰值并維持6至8天，但作為生物標志物在A(yíng)MI發(fā)病前后血液中的cTnI濃度極低，這對臨床診斷提出了非?？量痰囊?。

  課題組在前期無(wú)標光纖生物傳感器研究工作的基礎上，提出一種基于光纖耦合器結構的生物傳感器，該傳感器基于光纖耦合器中奇模和偶模的干涉效應，兩個(gè)相干模式的群有效折射率相等時(shí)，出現轉折點(diǎn)，即零色散，此時(shí)的靈敏度理論為無(wú)窮大。實(shí)驗中，通過(guò)檢測近轉折點(diǎn)的光譜曲線(xiàn)得到的折射率靈敏度為91777.9nm/RIU，實(shí)現了對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性，對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-以色列國家國際科技合作專(zhuān)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) 轉折點(diǎn)附近不同光纖直徑下理論計算的靈敏度與波長(cháng)的對應曲線(xiàn)

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