结构型微纳光纤长周期光栅免疫传感器机理与实现研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61705083
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0503.传输与交换光子器件
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Biosensor technologies have become a point of attraction of many researchers and investors for detection in biomedical and clinical diagnostic or Point of Care Testing, driven by the needs of rapid and low cost testing. Among these biosening methods, high-capability fiber-optic immunosensors possessing relatively low cost, and convenience, are commonly regarded as alternatives to traditional immunological methods for the analysis of biomolecules. Indeed, fiber evanescent wave as a transduction approach is based on measurable slight refractive index changes at the interface between the optical fiber device and the surrounding media, deriving from the binding reaction of immobilizing substrates with molecular analytes in near proximity of the interface. Therefore, the sensitivity of the sensor has become a major bottleneck restricting the further development of the fiber optic biosensor. In this case, we propose a novel high-sensitivity immunosensor employing microfiber long-period grating. This sensor, based on structural microfiber long-period grating with high refractive index sensitivity, is aiming to promote the spectral precision through the construction of interferometer and laser structure, and to achieve fiber surface modification by coating nano-porous thin film. The complex interaction mechanism between evanescent field and immunoreaction will be investigated and determined in our work, as well as the dominated factors which affect the immunosensitivity, not only to achieve the ultrahigh sensitivity of immunosensor, but also to offer substantial research foundation in future fiber-optic immunosensor exploitation in application ranging from life science to clinical treatment.
生物医学和即时诊断领域对快速、低成本新型检测技术的需求,驱动着生物传感器技术的研究兴趣和投资热情。光纤免疫传感器由于其低成本和方便性等特性,已经成为生物传感器研究的重要方向。光纤倏逝波免疫传感器是通过检测生物分子免疫识别过程所引起的微小变化而实现传感的,传感器的灵敏度成为制约光纤生物传感器进一步发展的主要瓶颈。在此背景下,本项目提出一种新型微纳光纤长周期光栅免疫传感器。传感器以高折射率灵敏度结构型微纳光纤长周期光栅为基础,通过构建干涉仪和激光器实现光谱精细度提升,以纳米多孔薄膜包覆实现光纤表面改性优化。最终,通过全面阐释各因素变化的作用机制,明确影响传感灵敏度的决定性因素,实现高灵敏度免疫传感器,为未来光纤免疫传感器在临床等领域展开应用提供研究基础。

结项摘要

健康问题已成为影响人类生存与发展的重要问题。面向人类健康监测和疾病检测的早发现、早诊断、早治疗应用需求,发展高灵敏度、高精度、高特异性、低成本、简单快速的新型生物医学传感器是健康监测和疾病检测以及智慧医疗的发展方向。.本项目面向生物医学检测需求,提出一种新型微纳光纤长周期光栅免疫传感器。传感器以微纳光纤长周期光栅为基础,通过倏逝场增强和色散调控实现传感器折射率敏感性提升;以结构型微纳光纤长周期光栅构建干涉仪和激光器,实现光谱精细度提升;以纳米多孔薄膜作为界面改性材料,增加了比表面积,为生物识别元件提供更大的装配空间,提升表面适应性和能动性;最终研究实现高灵敏度的光纤免疫传感器。.经过三年的研究,(1)已实现高阶衍射微纳光纤长周期光栅研制,光栅周期扩大到300-1000μm,光谱对比度达到25dB。实验测得光栅的折射率为2012.6nm/RIU、温度灵敏度为7.6pm/℃,和应变灵敏度为-10.6pm/με。基于色散拐点增敏技术,将微纳光纤传感器折射率灵敏度提高到10000nm/RIU。(2)利用结构型微纳光纤长周期光栅的多端口特性,构建了环形耦合的单光栅干涉仪,将光栅光谱3dB带宽降低了20倍。进一步利用缠绕光纤输出端口的带通滤波特性构建环形腔光纤激光器,将长周期光栅谱精细化,并实现了范围达到28nm的激光输出光谱的调节。(3)实现了光纤表面ZIF-8三维纳米多孔薄膜和聚多巴胺分子印迹薄膜的可控制备,使光纤界面具备了尺寸筛选能力和特异识别能力。(4)实现了对前列腺癌标志物PSA的检测,检测极限达到9.9ng/ml。结合ELISA技术,实现了对IL-6的检测,检测极限达到了9.75pg/mL。结合聚多巴胺分子印迹薄膜,实现了对C-反应蛋白的检测,检测极限达到了10−9ng/mL,较传统ELISA技术提升了8个量级。超高灵敏度光纤免疫传感器的实现,为肿瘤疾病早期诊断提供了可行的科学手段,具有重要的科学意义。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Ultra-high sensitivity of dual dispersion turning point taper-based Mach-Zehnder interferometer
超高灵敏度双色散转点锥度马赫曾德尔干涉仪
  • DOI:
    10.1364/oe.27.023103
  • 发表时间:
    2019-08-05
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Sun, Li-Peng;Huang, Tiansheng;Guan, Bai-Ou
  • 通讯作者:
    Guan, Bai-Ou
Vertical-Fluid-Array-Induced Optical Microfiber Long-Period Grating (VIOLIN) Refractometer
垂直流体阵列感应光学微纤维长周期光栅 (VIOLIN) 折射仪
  • DOI:
    10.1109/jlt.2020.2964769
  • 发表时间:
    2020-04-15
  • 期刊:
    JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Ran, Yang;Hu, Deming;Guan, Bai-Ou
  • 通讯作者:
    Guan, Bai-Ou
Ultrasensitive sensing in air based on Sagnac interferometer working at group birefringence turning point
基于群双折射转折点的萨格纳克干涉仪的空气中超灵敏传感
  • DOI:
    10.1364/oe.27.029501
  • 发表时间:
    2019-10-14
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Sun, Li-Peng;Yuan, Zihao;Guan, Bai-Ou
  • 通讯作者:
    Guan, Bai-Ou
Development of an optical microfiber immunosensor for prostate specific antigen analysis using a high-order diffraction long period grating
使用高阶衍射长周期光栅开发用于前列腺特异性抗原分析的光学微纤维免疫传感器
  • DOI:
    10.1364/oe.391889
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Xiao Peng;Sun Zhen;Huang Yan;Lin Wenfu;Ge Yuchen;Xiao Ruitao;Li Kaqiang;Li Zhenru;Lu Hanglin;Yang Mingjin;Liang Lili;Sun Li-Peng;Ran Yang;Li Jie;Guan Bai-Ou
  • 通讯作者:
    Guan Bai-Ou
Sensitivity enhancement of a fiber-based interferometric optofluidic sensor
基于光纤的干涉光流控传感器的灵敏度增强
  • DOI:
    10.1364/oe.400325
  • 发表时间:
    2020-08-17
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Liang, Lili;Zhao, Chaojun;Guan, Bai-Ou
  • 通讯作者:
    Guan, Bai-Ou

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其他文献

基于大偏置量熔接的反射式光纤型干涉仪的折射率传感特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏达顺;马宽明;孙立朋;武创;李杰;关柏鸥
  • 通讯作者:
    关柏鸥
保偏微纳光纤倏逝场传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    李杰;李蒙蒙;孙立朋;范鹏程;冉洋;金龙;关柏鸥
  • 通讯作者:
    关柏鸥
基于微滴腐蚀微纳光纤Farby-Perot谐振腔的折射率传感特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    量子电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘博;李杰;孙立朋;金龙;关柏鸥
  • 通讯作者:
    关柏鸥
基于全固光子带隙光纤的传感器特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    量子电子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    耿梦楣;李杰;孙立朋
  • 通讯作者:
    孙立朋
基于单螺旋扭转结构的取样布拉格光纤光栅及其传感特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈高杨;马鹏;李杰;孙立朋;武创;关柏鸥
  • 通讯作者:
    关柏鸥

其他文献

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孙立朋的其他基金

激光诱导ZIF调制高阶微纳光纤长周期光栅光催化传感器研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
激光诱导ZIF调制高阶微纳光纤长周期光栅光催化传感器研究
  • 批准号:
    62175090
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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