基于WGM的多通道光微流体生物传感技术



  采用生物传感器进行生物分子相互作用动态分析能有效地观察分子复合物生产和分解时的变化过程,已成为新药研制和生命科学等领域研究的一个重要组成部分。基于WGM(Whispering gallery mode, 回音壁谐振模)的光微流体传感是一种折射率传感,属于无标记光学传感技术,可直接测量生物分子相互作用,无需猜测分析物具有荧光、特征吸收等特性,不但扩展了测量对象范围,而且避免了荧光标记等复杂处理和由于标记造成的生物活性减弱和干扰。同时,由于采用WGM,具有高灵敏度、低探测极限、微样品消耗量等优点,因此近年来受到越来越多国内外研究人员的关注,成为研究热点之一。 在生物传感检测发展中,实现标准的96#或384#的高通量测量是无标记光学生物传感器的真正能够应用和发挥其优势的前提。进行多通道光微流体测量研究可为这一最终应用要求提供必要的理论和方法基础,多通道复用技术还可以进一步用于构成微阵列检测芯片,因此光微流体传感测量的多通道复用研究具有重要的理论研究意义和实际价值。

  基于WGM的光微流体生物传感技术采用封闭的表面光滑微腔结构,利用光的全反射效应,将光波限制在腔体中,产生高品质因子的回音壁谐振模,在微腔和微流体界面处的倏逝波与待测生物样品相互作用,当生物分子发生变化时,生物样品折射率产生相应变化,导致回音壁谐振模变化。通过监视谐振模式的变化,实时监测生物样品的变化。
  通过设计控制与谐振腔耦合区域光栅参数,控制同意波导中不同波段光耦合进入不同的谐振腔,达到同一波导与多个谐振腔波分复用效果;平行排列波导,实现一个微流体通道与多个波导耦合。最终,实现多通道光微流体传感阵列。

基于WGM多通道光微流体生物传感阵列

实验照片

光栅耦合波长选择结构示意图

WGM传感仿真图

WGM折射率传感实验图

 

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