高分辨共振光隧穿無標記生物感測器

《高分辨共振光隧穿無標記生物感測器》是依託太原理工大學，由菅傲群擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高分辨共振光隧穿無標記生物感測器
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：菅傲群
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

超過85%的癌症源自於人體器官內表面上皮細胞的病變。研究高解析度、可進行全細胞檢測的生物感測器，為解決上皮異質細胞檢測及早期癌症診斷難題，提供了一條有效途徑。針對上述需求，本項目提出共振光隧穿效應無標記生物感測器，通過檢測微流管道內介質的折射率變化，將測試範圍擴大至微米量級，實現全細胞檢測；同時其理論解析度比目前的分辨極限高三至四個數量級。本課題擬從共振光隧穿效應機理研究出發，最佳化感測器設計參數；研製厚度精確控制且表面光滑的低折射率薄膜；以多層隧穿敏感結構為核心，搭建實驗測試平台；設計細胞篩選和捕獲結構；研究折射率溫度交叉敏感分離技術；通過積累和分析實驗結果，表征感測器性能指標；實現對人體上皮異質細胞的非接觸、實時高靈敏度檢測，為揭示上皮細胞的癌化過程及相關病理、藥理研究奠定基礎。

結題摘要

對介質折射率敏感的光學檢測方法，一直是新型生物感測器研究的熱點。但是目前主流的光電子感測器，由於倏逝場的空間局域特性，只能測試樣品表面的折射率變化，而不能檢測如細胞等具有一定體積的生物樣品。本項目研製了共振光隧穿效應的折射率計，通過檢測微流管道內介質的折射率變化，將測試範圍擴大至微米量級，實現了全細胞檢測。本項目運用時域有限差分法和平面波展開法分析了共振光隧穿效應的物理機理，揭示了其諧振峰源於二元多層結構的本徵模。通過其量子模型，直接獲得的諧振峰峰值位置的解析表達式，為共振光隧穿結構的理解提供了一個全新的視角。開發了基於稜鏡的薄膜旋塗組裝工藝，以製備的多層隧穿敏感結構為核心，搭建了實驗測試平台；利用PS小球溶液表征了感測器的各項性能指標，將感測器套用於高靈敏度肝癌細胞濃度檢測，感測器的靈敏度可達2.53 nm/(amol/ml)，細胞濃度解析度為1.2 × 105 cells/ml，達到世界一流水平。該感測器對生物醫藥檢測，飲用水安全和環境保護領域具有巨大的潛在套用價值。