近日，南方科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院副院長(zhǎng)、電子與電氣工程系研究員邵理陽團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果發(fā)表于《光電進(jìn)展》。研究團(tuán)隊(duì)提出基于微波光子解調(diào)的雙波長(zhǎng)光纖激光生物傳感系統(tǒng)，將腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)靈敏度提升2至3個(gè)數(shù)量級(jí)，為癌癥早期篩查建立了突破性技術(shù)方案。
雙波長(zhǎng)激光信號(hào)的同步激光光譜分析與微波光子解調(diào)系統(tǒng)。南科大供圖
在全球癌癥負(fù)擔(dān)持續(xù)加重背景下，血清腫瘤標(biāo)志物的早期精準(zhǔn)檢測(cè)已成為臨床醫(yī)學(xué)關(guān)鍵需求。傳統(tǒng)光纖傳感器受限于波長(zhǎng)解調(diào)機(jī)制，在檢測(cè)分辨率與檢測(cè)下限面臨技術(shù)瓶頸。現(xiàn)有技術(shù)存在三大核心挑戰(zhàn)，分別是納米功能化修飾導(dǎo)致傳感器響應(yīng)穩(wěn)定性下降、復(fù)雜生物樣本易引起非特異性吸附干擾、微弱折射率變化難以被常規(guī)光譜手段捕獲。
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種微納套索結(jié)構(gòu)光纖傳感器，并與光纖Bragg光柵并聯(lián)，構(gòu)建了雙波長(zhǎng)激光輸出系統(tǒng)。通過搭建基于色散時(shí)延的微波光子解調(diào)光路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙波長(zhǎng)激光傳感信號(hào)的高效解調(diào)。在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)對(duì)比了三種不同的解調(diào)方案，包括激光光譜波長(zhǎng)變化量分析、微波光子解調(diào)頻譜的FSR減小量分析以及頻譜最大Notch頻率的減小量分析。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該激光傳感系統(tǒng)基于激光波長(zhǎng)解調(diào)的折射率靈敏度為1083納米每折射率單位，而采用微波光子解調(diào)技術(shù)的 FSR 減小量分析與最大Notch頻率減小量分析的折射率靈敏度分別達(dá)到了-535.56 吉赫茲每折射率單位和-1902吉赫茲每折射率單位，檢測(cè)分辨率提升了2至3個(gè)數(shù)量級(jí)。與其他已發(fā)表的光纖傳感技術(shù)相比，該傳感系統(tǒng)在折射率檢測(cè)中表現(xiàn)出更高的靈敏度、分辨率和檢測(cè)精度。
此外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，基于微波光子解調(diào)的傳感系統(tǒng)檢測(cè)下限低至0.076納克每毫升，比傳統(tǒng)激光光譜波長(zhǎng)解調(diào)方案提升了1個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)人血清樣本的測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，三種實(shí)驗(yàn)方案均能準(zhǔn)確區(qū)分不同人血清樣本中標(biāo)志物含量的差異，與醫(yī)院臨床數(shù)值相符。
據(jù)介紹，該技術(shù)已通過深圳三甲醫(yī)院臨床樣本驗(yàn)證，適用于大規(guī)模篩查，具備產(chǎn)業(yè)化潛力。該項(xiàng)研究為光纖生物傳感開辟了新維度，實(shí)現(xiàn)了微波光子學(xué)與臨床檢測(cè)的深度融合，為癌癥早篩技術(shù)帶來新方向。
相關(guān)論文信息：https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2024.240105
本文鏈接：微波光子融合光纖傳感技術(shù)為癌癥早篩帶來新思路http://m.sq15.cn/show-11-21604-0.html
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