深圳先進院醫工所傳感中心楊慧研究員團隊在高靈敏生化檢測領域取得新進展
近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所傳感中心楊慧研究員團隊在高靈敏生化檢測領域取得新進展，相關研究成果以“Localized photonic nanojet based sensing platform for highly efficient signal amplification and quantitative biosensing”為題發表在生化傳感領域高水平期刊Sensors & Actuators, B: Chemical（中科院一區TOP）上。深圳先進院張鵬程助理研究員和英國班戈大學閆冰為論文共同第一作者，楊慧研究員和英國班戈大學王增波教授為論文通訊作者。
論文上線截圖
介電微球透鏡可以通過光子納米噴流(photonic nanojet，PNJ)將光壓縮到亞波長尺度，使得光被限制和集中到一個非常小的區域中，產生強烈的光場增強效果，其局部光場強度可比入射光場強度高幾個數量級。因此，位于光子納米噴流焦點區域的目標物會被激發出強烈的光-物質相互作用。該增強的光-物質相互作用可以實現目標物（分子、離子和蛋白質等）的場發射增強、輻射模式調制以及分子散射信號增加等，是基于近場光學的新型光學傳感中的關鍵技術。然而，該近場光學傳感技術在實現上存在兩個重要挑戰：
1)光子納米噴流通常產生在垂直于介電微球透鏡上方的百納米尺度的自由空間中，因此，將目標物精確地引入該空間有很高的技術難度。
2)由于光子納米噴流強度場在空間上分布不均勻，當目標物的空間位置在光子納米噴流中發生細微變化時，其光-物質相互作用信號會表現出劇烈的波動，這使得可靠的光學增強和定量信號測量變得尤其困難。
基于此，楊慧研究員團隊首次提出了一種基于局域光子納米噴流的近場光學傳感平臺，解決了以上兩個挑戰，實現了高效的信號放大和定量生物傳感。團隊利用納秒激光精確的在每個介電微球透鏡表面加工了微米尺度的半開放微孔。該半開放微孔不僅可以產生強烈的局域光子納米噴流，還可以精確地將單個微米尺度的目標物被動地捕獲到該局域光子納米噴流中。因此這種新穎的設計極大地提高了將目標物引入局域光子納米噴流的效率并抑制了它們的信號波動，從而實現光-物質相互作用信號的可靠測量，為高靈敏近場光學傳感鋪平道路。此外，團隊將該近場光學傳感技術應用于基于熒光微珠的生物素濃度分析上，實現了高靈敏度的檢測，并大大提高了檢測極限。該近場光學傳感技術有望用于下一代片上信號放大和定量檢測系統上，并為研究廣泛的光-物質相互作用過程提供平臺。
該研究工作得到了國家自然科學基金、中國博士后基金、廣東省、深圳市等科技項目的資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400522000430
