回音壁模增强型光纤微流激光及高性能免疫传感方法与机理研究

Immunoassay is one of the mainstream technologies for diagnostics of tumor,and inflammation. The gold standard for immunoassay is the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). It takes 4 – 6 hours for the ELISA process and it is often with low sensitivity. After developing the microstructured fiber optofluidic laser (FOL) and capillary ELISA, in this proposal we plan to develop a fiber optofluidic laser based on enhanced whispering gallery mode (WGM), and further, to demonstrate a novel immunoassay method with high performance. The principle of the enhancement of WGM and the FOL will be revealed. A specially designed thin-walled hollow optical fiber will be fabricated and optical fiber microcavity will be mass produced. Low threshold, highly reproducible FOL will be developed and high performance immunoassay based on sandwiched ELISA will be demonstrated. High sensitivity will be confirmed, based on the enhancement of the interaction between laser and liquid in the optical microcavity. Reproducible and disposable immunoassay will be optimized based on the low cost, mass production of thin-walled optical fiber. Thanks to the small diameter and large surface-to-volume ratio, fast, arrayed immunoassay with a small volume of sample will be demonstrated. This technology not only performs a high performance immunoassay, but can be extended to a versatile optical fiber biochemical sensing platform.

免疫检测是疾病诊断的主流方法，在肿瘤、炎症诊断方面应用广泛。现有免疫检测金标准是酶联免疫吸附测定法（ELISA），检测时间长达4-6小时，灵敏度不高。本项目在前期微结构光纤微流激光、毛细管快速免疫检测方法的基础上，提出回音壁模（WGM）增强型光纤微流激光，实现高性能光纤免疫传感方法。研究内容：揭示薄壁增强型光纤微流激光机理，设计并拉制薄壁空心光纤；研究薄壁光纤增强型WGM微腔，实现低阈值、高重复性光纤微流激光；发展基于光纤微流激光的高性能夹心ELISA免疫传感方法。该方法的优势与特点：基于薄壁光纤微腔，增强激光与液体相互作用，提高灵敏度；基于特种光纤的低成本可控制备，实现高重复性、一次性传感；基于光纤直径小、表面体积比大的特点，实现少样品、快速、阵列化传感。该研究除了为免疫检测提供高性能方法，还可扩展到其他微流生化传感，具有普遍意义，将为建立新型高性能光纤生化传感平台技术奠定基础。

免疫检测是疾病诊断的主流方法，在肿瘤、炎症诊断方面应用广泛。现有免疫检测金标准是酶联免疫吸附测定法（ELISA），检测时间长达4-6小时，灵敏度不高。本项目在前期微结构光纤微流激光、毛细管快速免疫检测方法的基础上，提出回音壁模（WGM）增强型光纤微流激光，实现高性能光纤免疫传感方法。.研究内容：揭示薄壁增强型光纤微流激光机理，设计并拉制薄壁空心光纤；研究薄壁光纤增强型WGM微腔，实现低阈值、高重复性光纤微流激光；发展高性能传感方法，结合免疫比浊法，实现快速且高灵敏的检测方法，并在此基础上，提出免洗出的序列结合分子交联方法，简化预处理流程；结合不同的微结构和生物放大方法，进一步提高检测灵敏度；结合空分、波分、时分等复用方法，实现高通量、多分析物检测。.回音壁模式增强型光纤微流激光传感方法的优势与特点：基于薄壁光纤微腔，增强激光与液体相互作用，提高灵敏度；基于特种光纤的低成本可控制备，实现高重复性、一次性传感；基于光纤直径小、表面体积比大的特点，实现少样品、快速、阵列化传感。该研究除了为免疫检测提供高性能方法，还可扩展到其他微流生化传感，具有普遍意义，将为建立新型高性能光纤生化传感平台技术奠定基础。.本课题执行期间（2019.1-2022.12），在国内外学术期刊共发表论文14篇，其中SCI论文13篇、中文核心期刊1篇；中科院一区论文6篇（4篇入选封面系列），二区论文5篇。投稿PNAS高水平研究论文在审。在OFS、ACP等国际学术会议发表会议论文6篇，其中口头报告5篇、国际著名会议获奖3次。撰写中英文专著2章。授权发明专利4项，申请4项。在Photonics Asia、ICOCN、AOMATT、中国光纤传感大会等国内外学术会议和论坛做特邀报告15次。项目负责人龚元入选国家青年拔尖人才；博士生龚朝阳获中国光学工程学会优博提名奖；共培养博士生2名，硕士生8名。