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微波光子融合光纖傳感技術為癌癥早篩帶來新思路
作者：刁雯蕙      來源：中國科學報
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
近日，南方科技大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院副院長、電子與電氣工程系研究員邵理陽團隊在生物醫(yī)學檢測技術領域的最新研究成果發(fā)表于《光電進展》。研究團隊提出基于微波光子解調(diào)的雙波長光纖激光生物傳感系統(tǒng)，將腫瘤標志物檢測靈敏度提升2至3個數(shù)量級，為癌癥早期篩查建立了突破性技術方案。
在全球癌癥負擔持續(xù)加重背景下，血清腫瘤標志物的早期精準檢測已成為臨床醫(yī)學關鍵需求。傳統(tǒng)光纖傳感器受限于波長解調(diào)機制，在檢測分辨率與檢測下限面臨技術瓶頸�，F(xiàn)有技術存在三大核心挑戰(zhàn)，分別是納米功能化修飾導致傳感器響應穩(wěn)定性下降、復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。
針對上述挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新性地設計了一種微納套索結構光纖傳感器，并與光纖Bragg光柵并聯(lián)，構建了雙波長激光輸出系統(tǒng)。通過搭建基于色散時延的微波光子解調(diào)光路，實現(xiàn)了對雙波長激光傳感信號的高效解調(diào)。在實驗中，團隊對比了三種不同的解調(diào)方案，包括激光光譜波長變化量分析、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。
實驗結果顯示，該激光傳感系統(tǒng)基于激光波長解調(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，檢測分辨率提升了2至3個數(shù)量級。與其他已發(fā)表的光纖傳感技術相比，該傳感系統(tǒng)在折射率檢測中表現(xiàn)出更高的靈敏度、分辨率和檢測精度。
此外，研究團隊發(fā)現(xiàn)，基于微波光子解調(diào)的傳感系統(tǒng)檢測下限低至0.076納克每毫升，比傳統(tǒng)激光光譜波長解調(diào)方案提升了1個數(shù)量級。對人血清樣本的測試進一步驗證了該系統(tǒng)的實際應用價值，三種實驗方案均能準確區(qū)分不同人血清樣本中標志物含量的差異，與醫(yī)院臨床數(shù)值相符。
據(jù)介紹，該技術已通過深圳三甲醫(yī)院臨床樣本驗證，適用于大規(guī)模篩查，具備產(chǎn)業(yè)化潛力。該項研究為光纖生物傳感開辟了新維度，實現(xiàn)了微波光子學與臨床檢測的深度融合，為癌癥早篩技術帶來新方向。
相關論文信息：https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2024.240105
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