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光子技术研究院关柏鸥团队在光纤单分子检测研究方面取得重要进展

字体: 2019年12月27日 浏览量: 来源: 光子技术研究院 作者: 发布:新闻中心

光子技术研究院关柏鸥团队在光纤单分子检测及光热疗法研究方面取得重要进展,研究成果以“Single-molecule detection of biomarker and localized cellular photothermal therapy using an optical microfiber with nanointerface”(利用具有纳米界面的光学微纤维实现生物标志物单分子检测和局部细胞光热疗法)为题,于12月20日在线发表在Science子刊Science Advances上。

人类健康一直受到各类疾病的威胁,早发现、早诊断、早干预是人类应对疾病威胁的最有效手段。生物标志物是反映系统、器官、组织或细胞的损伤及功能或结构改变的指示物,检测某一种疾病对应的生物标志物,能够为疾病的早期发现与判定提供依据。在疾病越早期,生物标志物含量越低。在疾病早期能否将含量极低的标志物检测出来,很大程度上取决于检测仪器的灵敏度水平。

图 A)光纤表面修饰纳米金三角片/黑磷复合体系过程示意图;B)传感器在1 aM浓度的ErbB2溶液中的单分子响应(一个ErbB2分子引起传感器输出波长的一个台阶变化);C-D)传感器捕获乳腺癌细胞MCF-7并通过光热作用将其杀死的光学显微镜照片

光纤传感器具有尺寸小巧、可挠曲、电绝缘、不受电磁干扰、适于介入式检测、成本低廉等突出优点,特别适合于生物医学检测。如何增强响应灵敏度,是当前光纤生物传感器技术面临的一个难点问题。关柏鸥团队采用界面构筑技术提升光纤生物传感器的灵敏度,在光纤表面修饰纳米金三角片/黑磷复合体系,利用局域表面等离子体共振效应增强光纤倏逝场与待测样品之间相互作用,实现了乳腺癌标志物ErbB2的单分子检测。传感器具有良好的特异性,只对ErbB2目标分子响应。该增敏技术不依赖于光学结构,对长周期光纤光栅、D型光纤、微纳光纤等光纤元件具有普适性。在该工作中,以结构简单、制作容易、成本低廉的锥形微光纤作为传感元件,并将局域表面等离子体共振波长调节到了1550nm波段,利用光通信行业广泛采用的通用器件构建传感系统,有助于大幅度地降低系统成本。在实现了单分子检测的基础上,该技术还能够利用光纤表面纳米金三角片/黑磷复合体系的光热效应来杀死癌细胞。

该工作突破了光纤生物传感器的灵敏度瓶颈问题,为光纤单分子检测及细胞水平的诊疗一体化开辟了一种可能的途径。

光子技术研究院博士生李宏韬为第一作者,关柏鸥教授和黄赟赟副研究员为通信作者,研究过程得到了广州医科大学的合作支持。该工作得到了在国家自然科学基金(U1701268, 51773084, 61805106)、广东省自然科学基金(2018A030313677)等项目的资助。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaax4659

(光子技术研究院)

责编:李伟苗

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