近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所應用光學國家重點實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) 是臨床常見的急性多發病，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，由于其顯著的特異性和敏感性被認為是AMI檢測的“黃金標準”。當發生心肌損傷時，cTnI釋放并進入血液循環系統中數小時候后達到峰值并維持6至8天，但作為生物標志物在AMI發病前后血液中的cTnI濃度極低，這對臨床診斷提出了非常苛刻的要求。
課題組在前期無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，兩個相干模式的群有效折射率相等時，出現轉折點，即零色散，此時的靈敏度理論為無窮大。實驗中，通過檢測近轉折點的光譜曲線得到的折射率靈敏度為91777.9nm/RIU，實現了對cTnI的檢出限為2fg/mL，為目前國際相關領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用化具有重要意義。
相關研究成果發表在Biosensors and Bioelectronics上。研究工作得到中國-以色列國家國際科技合作專項項目、國家自然科學基金重大科研儀器研制項目、國家自然科學青年基金等的支持。
圖1.(a) 光纖耦合器傳感器示意圖 (b) 轉折點附近不同光纖直徑下理論計算的靈敏度與波長的對應曲線
圖2.(a) 不同濃度cTnI轉折點附件的光譜曲線 (b) 不同濃度cTnI峰值波長移動 (c) 2fg/mL和4fg/mL實時動態曲線 (d) cTnI與非特異性蛋白的特異性對比實驗
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