单根聚合物纳米线光学生物传感器

纳米线具有比表面积大、光学和电学检测灵活等特点，将其应用于物理、化学和生物微纳传感器的研究已成为当前科学的一个研究热点。纳米线外存在很强的倏逝场，纳米线外介质的微弱变化将导致输出信号的显著变化。本课题首次提出采用拉锥光纤倐逝波耦合技术，在微流控芯片上集成单根聚合物纳米线，利用微流控芯片的网络通道结构为纳米线提供样品和各种试剂溶液，用氨基酸作为样品研究基于单根聚合物纳米线外倐逝波吸收光谱的传感器；在此基础上，通过对纳米线的表面改性，使蛋白质分子或病毒选择性吸附在纳米线表面，进一步研究基于纳米线外折射率变化的蛋白质分子传感器和基于纳米线外瑞利－甘斯散射的单病毒传感器。本研究将大大提高现有生物传感器的灵敏度和选择性，为研究蛋白质等生物大分子间的相互作用、疾病的早期诊断和药物的高通量筛选提供一种新的技术平台。

在国家自然科学基金的资助下，我们发表了8篇学术论文，主要进展体现在以下3个方面：.第一，我们报道了一种微纳光纤-微流控芯片吸光度传感器，其中微纳光纤的直径为900 nm，微流控芯片的检测距离为2.5厘米。以亚甲基蓝为样品，检出限低至50 pM，并且在0-5 nM范围内具有良好的重现性。以牛血清白蛋白为样品时，检出限低至10 fg/mL，此外样品的消耗量仅为500 nL，探测光功率仅为150 nW，这对于保持生物样品的活性非常有利。.第二，我们通过拉伸溶解有CdSe/ZnS量子点的PS，制备了一种高质量的量子点掺杂聚合物纳米线。通过测量单根聚合物纳米线的光强，首次演示了低功耗、快速响应的聚合物纳米线湿度传感器。此外，我们还将纳米金棒掺杂至聚合物纳米线，发现金棒在聚合物纳米线内呈现轴向排列。通过导波方式激发金棒的表面等离激元，光子-等离激元的转换效率高达70%。进一步我们利用此次金棒掺杂的纳米线制备了湿度传感器，此传感器的响应时间仅为110 ms，功耗仅为500 pW。.第三，我们提出了一种简便制备小于10 μm 宽度的微通道的方法，并且将微纳光纤与此芯片集成，获得了一个具有飞升级检测体积的传感检测平台。此新型检测平台可以实现基于荧光、吸收和折射率测量的传感。由于微纳光纤可以与标准商用光纤无缝连接，此传感器继承了光纤传感器的优点，是一种非常具有吸引力的信息生化传感器平台。