研究目的
研究损耗模共振光纤生物传感器在超低检测限下的生物传感能力。
研究成果
所开发的LMR光纤生物传感器实现了150飞克每毫升的超低检测限，相比其他光纤构型显著提升了性能。这一进步归功于采用SnO2涂层的D型光纤并与微流控系统集成，使得在实际样品中能够检测低至几飞摩尔的分析物浓度。
研究不足
该研究聚焦于特定构型与材料（氧化锡）以实现LMR效应，这可能限制研究结论对其他材料或构型的普适性。微流控系统的实际应用及SnO2沉积工艺的可重复性亦可能构成挑战。
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[2019年德国慕尼黑激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 具有超低检测限的损耗模共振光纤生物传感技术
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[2019年德国慕尼黑激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年激光与电光学欧洲会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 具有超低检测限的损耗模共振光纤生物传感技术
DOI：10.1109/CLEOE-EQEC.2019.8872284
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
得益于光纤的典型特性，光纤生物传感器相比其他光学技术平台具有显著优势。此外，能够在光纤上高精度、高重复性且可再现地沉积纳米级薄膜，使得该技术的应用领域得以拓展。近年来，导模共振概念被应用于薄膜包覆光纤传感器中，称为损耗模共振（LMR）。当薄膜介电常数的实部为正且其绝对值大于自身虚部及周围材料介电常数时，就会产生LMR。因此可采用金属氧化物和聚合物（而非SPR器件常用的贵金属）来产生LMR。通过采用D型单模光纤（而非多模光纤）激发LMR，可在近红外波段追踪最敏感的首阶LMR光谱位移——该波段的灵敏度较可见光区域有所提升。研究人员在光纤D型区涂覆纳米级氧化锡（SnO2）薄膜，并集成定制微流控系统，开发出超低检测限（LOD）的生物传感装置。其传感原理简明：当目标分析物与光纤功能化表面相互作用时，会引起薄膜光学特性（即有效折射率和厚度）变化，进而导致LMR光谱位置改变，该变化可通过常规波长检测系统精确测量。采用直流溅射机（ND-SCS200，Nadetech S.L.）沉积的氧化锡薄膜（约160-180纳米）通过场发射扫描电镜（FESEM，卡尔蔡司UltraPlus）进行表征。图中圆形插图详细展示了敏感区域的功能化过程——通过沉积提供IgG抗体固定所需自由官能团的纳米级聚甲基丙烯酸甲酯聚合物层（Eudragit L100）。实验在无CRP的人类血清真实样本中添加递增浓度抗-IgG抗原（1皮克/毫升至10微克/毫升）完成检测。通过实时追踪LMR位移，可监测检测过程中的所有生化步骤，最终获得该生物传感器的校准曲线（n=4）及采用Hill函数进行的S型拟合（该数学模型被广泛用于量化配体结合位点相互作用程度）。检测限达150飞克/毫升，证实该技术在真实样本中可实现飞摩尔级分析物浓度检测，相比其他光纤构型将LOD提升三个数量级，达到与顶尖光学技术平台相当的水平。
作者：
Francesco Chiavaioli，Pablo Zubiate，Ignacio del Villar，Carlos R. Zamarre?o，Ambra Giannetti，Sara Tombelli，Cosimo Trono，Ignacio R. Matias，Francisco J. Arregui，Francesco Baldini
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