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  • 西安光機所在表面功能化光纖傳感器研究方面取得重要進展

    作者:佚名 來源:西安光機所 時間:2023-03-30 23:02 閱讀:498 [投稿]
    基于通信單模光纖開發出一種免標記、高靈敏度、高選擇性的法布里-泊羅(Fabry-Perot)型干涉探針,該探針具有測試便捷、成本低、溫度穩定性高等特點,在生物大分子光譜檢測方面具備廣泛應用前景。

    近日,西安光機所在表面功能化光纖傳感器研究方面取得重要進展。研究團隊基于通信單模光纖開發出一種免標記、高靈敏度、高選擇性的法布里-泊羅(Fabry-Perot)型干涉探針,該探針具有測試便捷、成本低、溫度穩定性高等特點,在生物大分子光譜檢測方面具備廣泛應用前景。相關研究成果發表于Analytica Chimica ACTA(中科院分析化學一區Top期刊,IF=6.911@2021)。論文第一作者是西安光機所光子功能材料與器件研究室特別研究助理王瑞多博士,共同通信作者是西安光機所孔德鵬研究員和西北大學光子所江曼副教授。西安光機所為第一完成單位及通訊單位。 

    膽固醇是細胞膜、脂蛋白、神經細胞和腦細胞中的一種重要脂質大分子,其濃度與心臟病、高血壓、動脈硬化、中風等疾病密切相關。因此,膽固醇水平檢測備受關注。與目前常用的電化學法、酶分析、液相色譜、質譜等檢測方法相比,光纖光譜檢測方法具有體積小、抗電磁干擾、成本極低、免標記等突出特點,近年來在生物化學檢測領域備受關注。 

    傳統的光纖光譜檢測器件(如長周期光柵、傾斜光柵、表面刻蝕布拉格光柵等)受到制備儀器要求嚴格、溫度及形變交叉敏感等困擾,在實用性上有很大局限。針對上述問題,該團隊成員從光纖干涉理論及光與物質的相互作用理論出發,采用單模光纖和光纖插芯制備光纖光譜檢測器件,通過范德瓦耳斯力在光纖插芯端面依次貼覆環氧樹脂-氧化石墨烯(GO)-β環狀糊精多層功能膜,基于最外層β環狀糊精的疏水型空心分子結構與膽固醇的靶向性吸附結合原理,實現對膽固醇分子的高靈敏度光譜濃度檢測,并在尿素、葡萄糖、抗壞血酸、人體血紅蛋白等生化分析領域常見干擾物作用下可以呈現出強選擇性,具備可重復制備和可重復檢測特性,檢出限達到3.5M, 靈敏度為3.92 nm/mM。該成果為表面功能化光纖器件在生化光譜分析領域的應用提供了新的思路和手段。


    圖1.(a)為實驗裝置,(b)、(c)為干涉結構


    圖2. (a)膽固醇檢測光譜;(b)參雜/未參雜樣本檢測波長的Langmuir擬合;(c)選擇性;(d)器件制備重復性測試


    圖3. XPS結果。(a) EDC/NHS未活化/活化羧基傳感器的XPS光譜;(b)活化羧基傳感器的N 1s光譜;(c)和(d)分別為經過/未經過EDC/NHS活化羧基傳感器的C1s光譜,(e)和(f)分別為其O1s光譜EDC/NHS處理的傳感器;(g)EDC/NHS活性羧基示意圖

    此外,作者通過X射線光電子能譜(XPS)探究EDC/NHS活化GO羧基對分子間鍵合相互作用影響以及β環狀糊精和膽固醇分子的成鍵作用特性,對檢測機制進行了驗證分析。

    論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003267023002726

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