基於WGM的多通道光微流體生物感測技術研究

《基於WGM的多通道光微流體生物感測技術研究》是依託天津大學，由江俊峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於WGM的多通道光微流體生物感測技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：江俊峰
• 依託單位：天津大學

項目摘要

利用生物感測器在分子水平上觀察生物反應過程是生命科學等領域研究的重要組成部分，基於回音壁諧振模可以實現無標記光學高靈敏度生物感測，但目前研究主要集中在單通道測量技術，不能滿足生物感測高通量測量的要求。本項目旨在採用微諧振腔，波導技術和光柵技術進行多通道光微流體生物感測研究，基於微毛細管構建諧振腔，通過研究諧振腔諧振模式及其與波導光柵的相互作用耦合機理，解決多通道光微流體感測器微諧振腔之間的回音壁諧振模梳妝譜線的陰影遮擋問題，實現波分復用。同時採用掃描法珀干涉儀的梳妝譜特性進行大譜寬高精度的光譜分析技術研究，實現光微流體感測的多通道復用並行解調。研究將為基於回音壁諧振模感測器實現高通量生物感測提供理論和技術基礎，並可進一步用於構建微陣列檢測晶片。

結題摘要

項目研究了微管的回音壁諧振效應理論，對薄壁微管和厚壁微管的回音壁諧振模電磁場分布進行了理論分析，探索了光微流體生物感測器的體感測和表面感測理論模型，分析了角模式、徑向模式和壁厚對感測靈敏度的影響，顯示角模式數越小、徑向模式數越大和壁厚越薄，對於體折射率變化的回響靈敏度就越高。提出了在微管內壁塗覆介質層實現折射率感測靈敏度增強方法，並建立了四層回音壁諧振模型進行感測靈敏度研究。理論分析表明，對於體感測和表面感測，為了進一步提高感測器的靈敏度，均需提高電磁場在微管內部中的能量分布係數。採用雙向移動電控位移台建立了氫氧焰加熱微管拉制系統，拉伸速度可達200m/s。系統具有氮氣加壓功能，能將氮氣充入微管內部使其內部壓力高於外界壓力。進行了薄壁微管制作理論和實驗研究，並擴展到微泡製作。基於時域耦合模理論研究並建立了波導光柵與光微流體生物感測器諧振腔的互耦合作用解析模型，進行了波導光柵與微管的耦合仿真，分析了波導光柵與基於微毛細管的光微流體生物感測器微諧振腔的耦合。基於VIPA研究並設計了並行光譜分析系統，開展了監測工作環境壓力的高靈敏度光纖壓力感測器研究。搭建了回音壁諧振光微流體感測實驗系統，進行了折射率感測實驗，開展了葡萄球菌腸毒素SEA抗體在微管內壁固化情況的實驗研究，獲得了固化係數隨濃度變化關係。項目執行過程中發表學術論文19篇，其中SCI檢索10篇（SCI二區論文7篇），EI檢索16篇。授權國家發明專利7項，申請國家發明專利8項。項目畢業碩士5人，在站博士後1人，在讀博士4人，在讀碩士2人。國際會議特邀報告2次，國內會議特邀報告1次，參與組織國際研討會議1次。指導學生參加國際會議1次，參加國內會議1次並評為優秀學術論文。參與編著學術著作《分立式光纖感測技術與系統》。項目完成了預期目標。