集成微流控芯片的μFBG生物傳感器，用于子癇前期的即時診斷

子癇前期是一種嚴重的多器官并發(fā)癥，嚴重威脅孕婦和嬰兒的安全。為了準確及時地診斷子癇前期，迫切需要對特定生物標記物進行即時檢測。然而，子癇前期的關(guān)鍵生物標志物之一胎盤生長因子（PlGF）在患者體內(nèi)的表達水平較低，這對生物傳感器的定量能力和檢測限（LOD）提出了挑戰(zhàn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，為解決上述問題，暨南大學的研究人員提出了一種用于定量檢測臨床血清樣本中PlGF的微光纖布拉格光柵（μFBG）生物傳感器。布拉格光柵刻在單側(cè)錐形光纖中，以產(chǎn)生分段法布里-珀羅光譜，從而提高檢測能力。此外，該傳感器中還添加了一個溫度校準布拉格光柵，以同時實現(xiàn)PlGF和溫度的雙參數(shù)檢測，從而消除串擾。最后，該生物傳感器可以與微流控芯片完美兼容，從而將樣品消耗量大幅減少到10 μL。擬議的生物傳感器可對濃度為5 ~ 120 pg/mL的PlGF做出響應，檢測限低至5 pg/mL，具有良好的臨床價值。

更重要的是，該生物傳感器實現(xiàn)了對患者臨床血清樣本的微量檢測，其接受者操作特性曲線（ROC）的曲線下面積（AUC）為0.977，證實了該裝置的可行性。該研究為高性價比、高精度地篩查子癇前期患者提供了新思路，從而為子癇前期患者的即時診斷帶來了廣闊的前景。相關(guān)研究成果以“Point-of-care diagnosis of pre-eclampsia based on microfiber Bragg grating biosensor”為題發(fā)表在Biosensors and Bioelectronics期刊上。

傳感器的制造與功能化

如圖1所示，μFBG生物傳感器傳感系統(tǒng)由分辨率為0.1 pm的高分辨率光譜分析儀（OSA）、光纖耦合器以及與微流控芯片集成的μFBG傳感探頭組成。實驗光路使用3 dB光纖耦合器將1520 nm ~ 1560 nm的寬帶光傳輸?shù)溅蘁BG傳感探頭，并將反射光譜傳輸?shù)絆SA。圖1（c）顯示了在光學顯微鏡下拍攝的錐形光纖的圖像和同時測量折射率（RI）和溫度變化的雙FBG示意圖。其中，F(xiàn)BG1用于檢測RI變化，而FBG2對RI變化沒有任何影響，因此被用作參考光柵以排除溫度串擾。雙光柵的反射光譜如圖1（d）所示。

圖1 用于診斷子癇前期的μFBG生物傳感器檢測原理示意圖

臨床血清樣本中的PIGF測試

研究人員利用制備的μFBG生物傳感器分析了子癇前期患者和健康對照者的血清樣本。如圖2（a）所示，將制備的μFBG探針置于微流控芯片內(nèi)，將10 μL血清樣品注入通道凹槽中。樣品反應30分鐘后，記錄光譜響應峰的波長漂移并使檢測結(jié)果歸一化。μFBG探針檢測子癇前期患者和健康受試者的局部光譜響應如圖2（b）所示。檢測16個血清樣品的波長漂移如圖2（c）所示。圖2（d）顯示了臨床樣本的統(tǒng)計學測試結(jié)果，子癇前期患者的PlGF水平低于健康對照組。根據(jù)ROC曲線分析，預測子癇前期患者的最佳臨界值為0.155 nm。根據(jù)該生物傳感器的最佳臨界值，可推斷診斷子癇前期的PlGF閾值水平為47.30 pg/mL。值得注意的是，這些臨床樣本可以直接使用生物傳感器進行檢測，無需稀釋或預處理，表明所提出的生物傳感器具有在臨床環(huán)境中使用的能力。

圖2 （a）將樣本注入微流控芯片以檢測臨床血清樣本；（b）μFBG探針檢測健康對照者和子癇前期患者血清樣本的局部光譜；（c）16個血清樣品反應30分鐘后選定信號峰的響應；（d）μFBG探針在檢測患病組和健康組時的響應；（e）ROC曲線顯示了使用μFBG生物傳感器檢測臨床血清樣品的分類能力

綜上所述，該研究提出了一種新型μFBG生物傳感器，用于子癇前期生物標志物（PLGF）的未稀釋臨床血清樣本的檢測。單邊錐形微光纖布拉格光柵可以增強RI靈敏度，并在不同直徑區(qū)域分別刻寫FBG實現(xiàn)溫度補償。微流控芯片與光纖探針的集成顯著減少了待測樣品的消耗量。該生物傳感器不僅可以檢測到低濃度的PlGF，還可以準確區(qū)分陽性和陰性子癇前期患者，并通過ROC曲線有效驗證了生物傳感器的可行性。其實際LOD為5 pg/mL，檢測范圍為5 ~ 120 pg/mL，子癇前期的診斷閾值水平為47.30 pg/mL。這項工作提供了一種簡單方便、高靈敏度、微量檢測、高性價比的檢測方法，有望用于臨床環(huán)境中子癇前期的即時診斷。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116014

審核編輯：劉清