近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所傳感中心陳艷研究員團(tuán)隊(duì)與香港大學(xué)李文迪教授團(tuán)隊(duì)，在梯度納米等離子成像超構(gòu)表面?zhèn)鞲衅鞯纳瘧?yīng)用方向取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Gradient nanoplasmonic imaging metasurface for rapid and label-free detection of SARS-CoV-2 sequences”為題，發(fā)表在生化領(lǐng)域的高水平期刊《Talanta》 上。深圳先進(jìn)院馮鴻濤副研究員和香港大學(xué)的閔思怡博士為論文共同第一作者，陳艷研究員和李文迪教授為論文的通訊作者。
論文上線截圖
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914024009123
自COVID-19大流行以來，公共衛(wèi)生體系面臨了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，病例和死亡人數(shù)激增，對(duì)快速、準(zhǔn)確、低成本的診斷工具的需求急劇增加。盡管納米光子超構(gòu)表面生物傳感器憑借其獨(dú)特的光學(xué)操控能力和對(duì)折射率變化的高度敏感性，成為了新的研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)超構(gòu)表面?zhèn)鞲衅魅愿叨纫蕾嚢嘿F的光譜儀設(shè)備，這大大限制它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的普及。因此，高靈敏、無光譜儀和經(jīng)濟(jì)高效的新型傳感策略在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的應(yīng)用中具有極大的潛力。
圖：檢測(cè)原理示意圖
為此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種梯度納米等離子成像（GNI）超構(gòu)表面?zhèn)鞲衅?，開創(chuàng)性地提出了一種光學(xué)勢(shì)阱的新概念，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SARS-CoV-2序列的無標(biāo)記和一步式檢測(cè)。該傳感器的核心元件由一系列直徑漸變的納米柱陣列構(gòu)成，這些納米柱共同構(gòu)筑了一個(gè)獨(dú)特的光學(xué)勢(shì)阱，能夠在厘米級(jí)尺度上生成清晰可見的暗環(huán)圖案。這一精心設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)光學(xué)勢(shì)阱對(duì)傳感器局部折射率的變化呈現(xiàn)出極高的靈敏度，其圖案變化可通過高靈敏度的CCD相機(jī)實(shí)時(shí)捕獲并記錄。此外，研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)精確的核酸探針，成功地在目標(biāo)序列存在時(shí)將納米金顆粒（AuNPs）錨定在傳感器表面。這一納米金信號(hào)增強(qiáng)策略顯著提高了傳感器對(duì)折射率變化的響應(yīng)，使得原本微量的折射率變動(dòng)轉(zhuǎn)化為顯著的圖案變化，從而大大提升了檢測(cè)的靈敏度，并展示出極高的特異性。
圖：工作范圍和特異性能展示
這種新型的成像檢測(cè)方案無需使用復(fù)雜光譜儀裝置，不僅降低了設(shè)備成本，還促進(jìn)了便攜式現(xiàn)場(chǎng)診斷工具的發(fā)展，為COVID-19及其他傳染病的精準(zhǔn)診斷提供了新途徑，并在生物標(biāo)志物檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基金委、深圳市科技創(chuàng)新委、香港研究資助局等多個(gè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的資助。
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