生物傳感器研究的光譜技術

背景

Denis Boudreau 博士在魁北克拉瓦爾大學的研究重點是發(fā)光和等離子體納米材料合成、分子電子/振動光譜以及生物、環(huán)境和工業(yè)傳感應用的光學傳感器設計之間的界面。

他的研究小組在研究中使用穩(wěn)態(tài)和時間分辨熒光和等離子體增強熒光光譜、拉曼和表面增強拉曼光譜以及暗場/落射熒光成像。

該小組的 FERGIE(IsoPlane 81 的前一版本)促進的研究項目包括 (1) 用于生物傳感器設計的等離子體納米顆粒的合成和表征，(2) 用于體外和體內生物傳感的基于光波導的光學探針，以及 (3)代謝生物標志物的表面增強拉曼光譜測定。

圖 1：(A) 顯示了金納米星涂層基底上膽酸 SERS 光譜的光場屏幕截圖，其中使用 FERGIE 通過光纖與實驗室制造的共焦拉曼顯微鏡耦合收集數據。該實驗裝置可在 (B) 中看到，用于通過 SERS 識別代謝標記。

挑戰(zhàn)

Boudreau 博士研究小組專門研究的挑戰(zhàn)之一是發(fā)光納米顆粒的合成。這些納米顆粒由涂有同心介電層的等離子體核心組成，其中摻雜有對各種物理和化學刺激敏感的熒光團。由于粒子的物理參數影響發(fā)光行為，研究人員使用單粒子光譜學來建立設計規(guī)則，從而產生具有最佳性能的納米結構。

研究人員關注的另一個挑戰(zhàn)是對關鍵細胞代謝物的進化進行成像。研究小組合成的相同的發(fā)光等離子體納米材料也被嫁接在用于遠程化學/生物傳感的定制光纖的尖端上。這將允許監(jiān)測植物的水處理以及模型動物的體內分子傳感。

Boudreau 博士的小組還與其他研究小組合作開發(fā)基于等離子體納米材料和表面增強拉曼光譜 (SERS) 的方法，用于細胞代謝標記物的原位識別和定量。應用包括研究浮游植物對全球氣候變化的適應(與 U. Laval 的 C. Lovejoy 博士和蒙特利爾大學的 JF Masson 合作)以及腸道微生物群中膽酸衍生物的體內監(jiān)測(O. Barbier 、A. Marette、R. Vallée、U. Laval)。FERGIE 可以輕松地與光學裝置(自由空間或通過光纖)耦合，使得[單粒子熒光和散射數據]變得非常容易。

解決方案

Boudreau 博士的研究小組使用 FERGIE(IsoPlane 81 的先前版本)以及定制的共焦顯微鏡來收集所制造的發(fā)光等離子體納米粒子的單粒子熒光數據和散射數據。然后將其與電子顯微鏡數據相關聯(lián)，以充分表征納米顆粒。由于 FERGIE 可以耦合到光學裝置，因此研究人員可以輕松地通過自由空間或光纖進行耦合以獲得這些測量結果。

FERGIE 系統(tǒng)的高靈敏度和多通道功能使 Boudreau 博士的研究小組能夠同時捕獲光纖尖端多個物種選擇性分子探針發(fā)出的任何光，光纖尖端接枝了發(fā)光等離子體納米材料。由于 FERGIE 能夠在成像模式之間輕松切換，研究小組發(fā)現(xiàn)它是一種有用的工具，可以從一個系統(tǒng)獲得多種測量結果，只需幾分鐘即可在顯微鏡、微流體流動室和連接光纖傳感器之間切換。

審核編輯 黃宇