基于双光子聚合3D纳米加工的高抗干扰双模态光纤生物传感器研究

本研究创新性地将双光子聚合（TPP）3D纳米加工技术与光纤传感结合，开发了可同步区分体相折射率（BRI）干扰和表面折射率（SRI）变化的双模态传感器。通过表面等离子体共振（SPR）和法布里-珀罗干涉（FPI）协同作用，实现了复杂生物样本中DNA杂交检测（检测限1.2 nM）及折射率动态监测（灵敏度4×10-4 RIU），为复杂环境下的精准生物检测提供了新范式。

　　

Highlight

本研究将3D纳米打印技术与光纤生物传感相结合，开发了一种双模态高精度生物检测方法。通过仿真和实验验证，在优化传感参数后成功激发了表面等离子体共振（SPR）和法布里-珀罗干涉（FPI）检测信号。

Materials and reagents

实验采用纤芯/包层直径为20 μm/125 μm的少模光纤作为基底材料。3D打印材料包含异丙醇（≥99.7%）、丙二醇（ACS级）和SU-8 3050光刻胶。生物功能化试剂包括：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4）、自制去离子水（DIW）、胎牛血清（FBS）、11-巯基十一烷酸（11-MUA）等。

Optimization process

传感器结构参数优化如下：3D打印所用光纤基底的纤芯半径为10 μm，因此将波导基底半径设为15 μm以实现最大光能耦合效率。由于3D打印系统的最大制造高度限制为60 μm（超过此限制需重新校准参考平面），波导最大高度被限制在60 μm以内。

Conclusion

通过氯化钠溶液检测和DNA检测实验，系统探究了两种信号在体相折射率（BRI）和表面折射率（SRI）传感特性上的差异。在胎牛血清环境中进行的DNA杂交检测验证表明，该技术能有效区分样本BRI变化和目标DNA诱导的SRI变化，相对标准偏差（RSD）≤3.7%。