西安光機(jī)所在表面功能化光纖傳感器的研究

近日，西安光機(jī)所在表面功能化光纖傳感器研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊基于通信單模光纖開發(fā)出一種免標(biāo)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(wěn)定性高等特點(diǎn)，在生物大分子光譜檢測方面具備廣泛應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表于Analytica Chimica ACTA（中科院分析化學(xué)一區(qū)Top期刊，IF=6.911@2021）。論文第一作者是西安光機(jī)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(jī)所孔德鵬研究員和西北大學(xué)光子所江曼副教授。西安光機(jī)所為第一完成單位及通訊單位。

膽固醇是細(xì)胞膜、脂蛋白、神經(jīng)細(xì)胞和腦細(xì)胞中的一種重要脂質(zhì)大分子，其濃度與心臟病、高血壓、動脈硬化、中風(fēng)等疾病密切相關(guān)。因此，膽固醇水平檢測備受關(guān)注。與目前常用的電化學(xué)法、酶分析、液相色譜、質(zhì)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(biāo)記等突出特點(diǎn)，近年來在生物化學(xué)檢測領(lǐng)域備受關(guān)注。

傳統(tǒng)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(yán)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(tuán)隊成員從光纖干涉理論及光與物質(zhì)的相互作用理論出發(fā)，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(huán)氧樹脂-氧化石墨烯（GO）-β環(huán)狀糊精多層功能膜，基于最外層β環(huán)狀糊精的疏水型空心分子結(jié)構(gòu)與膽固醇的靶向性吸附結(jié)合原理，實現(xiàn)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(lǐng)域常見干擾物作用下可以呈現(xiàn)出強(qiáng)選擇性，具備可重復(fù)制備和可重復(fù)檢測特性，檢出限達(dá)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(lǐng)域的應(yīng)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(jié)構(gòu)



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(fù)性測試

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(huán)狀糊精和膽固醇分子的成鍵作用特性，對檢測機(jī)制進(jìn)行了驗證分析。

圖3 XPS結(jié)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(jīng)過/未經(jīng)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

審核編輯：劉清