近日，上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院(信息與電子工程學(xué)院)臧法珩團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院徐毅團(tuán)隊(duì)針對(duì)大豆癥青病毒(SoSGV)檢測(cè)開(kāi)發(fā)了高靈敏度多孔納米光學(xué)天線陣列生物傳感芯片，相關(guān)成果以“Tunable Gold-on-SiO2 Nanopillar Arrays with Functionalized Nanoporous Layer for Enhanced Fluorescence Immunoassays”(用于增強(qiáng)熒光免疫分析的功能納米多孔層集成可調(diào)復(fù)合納米柱陣列)為題發(fā)表在《Advanced Optical Materials》上。
研究背景
高靈敏度生物分子檢測(cè)技術(shù)不但在應(yīng)對(duì)突發(fā)公共衛(wèi)生事件中凸顯其重要性，近年來(lái)在監(jiān)控影響經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量的植物病毒感染中，也正在發(fā)揮重要的作用。為了進(jìn)一步提高生物分子檢測(cè)的靈敏度，如何最大化利用納米光學(xué)結(jié)構(gòu)的等離子共振效應(yīng)，使得低濃度、低樣本量目標(biāo)分子在生物免疫實(shí)驗(yàn)中達(dá)到更高的檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。本項(xiàng)研究通過(guò)三維納米級(jí)制造方法，批量化制造具有宏觀陣列結(jié)構(gòu)與納米級(jí)金屬孔徑的納米多孔金柱光學(xué)天線結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)納米孔尺寸與共振波長(zhǎng)獨(dú)立調(diào)節(jié)難題。該技術(shù)成功地應(yīng)用于生物抗體與大豆癥青病毒SoSGV兩種不同目標(biāo)分子的高靈敏度生物檢測(cè)，并將片上熒光信號(hào)相比普通金襯底實(shí)驗(yàn)提升超過(guò)500倍，驗(yàn)證了其成為新一代低成本高靈敏度生物檢測(cè)芯片平臺(tái)性技術(shù)的可行性。
亮點(diǎn)內(nèi)容
該研究提出了一種基于納米多孔金柱(NPGP)的生物傳感平臺(tái)，其實(shí)現(xiàn)得益于一種“陣列上造孔隙”的混合納米制備工藝。NPGP通過(guò)調(diào)控納米柱支撐的金過(guò)渡內(nèi)核形態(tài)來(lái)設(shè)定主共振峰以實(shí)現(xiàn)光譜可調(diào)諧功能，同時(shí)利用納米多孔金外殼拓寬共振光譜的覆蓋范圍。作為芯片級(jí)熒光傳感平臺(tái)的優(yōu)異性能已在檢測(cè)大豆中SoSGV病毒得到驗(yàn)證。
NPGP的脫合金工藝流程、光學(xué)仿真及光譜測(cè)試
NPGP陣列具有兩種光學(xué)共振模式，即電四極子模式(EQ)和電偶極子(ED)模式。通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)部金過(guò)渡層的厚度，能夠使電四極子對(duì)應(yīng)的共振峰在750nm至850nm區(qū)間內(nèi)靈活移動(dòng)。此外，外部多孔功能層因富含密集分布的納米孔結(jié)構(gòu)，不僅顯著提升了整體的光吸收效率，還呈現(xiàn)出寬譜帶吸收特性。基于這些光學(xué)特性規(guī)律，我們可通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控內(nèi)部金層的厚度來(lái)適配生物分子熒光檢測(cè)所需的工作波長(zhǎng)；同時(shí)優(yōu)化合金層的厚度參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%以上的消光率表現(xiàn)。
基于NPGP生物傳感平臺(tái)的抗體直接結(jié)合及SoSGV熒光測(cè)定結(jié)果
大豆癥青病毒SoSGV的檢測(cè)采用基于熒光的免疫分析法，其中NPGP陣列作為熒光增強(qiáng)平臺(tái)。病毒樣本通過(guò)對(duì)感染SoSGV的大豆葉片進(jìn)行勻漿和離心處理后，取其上清液制備而成。相較于傳統(tǒng)平面金基底材料，NPGP陣列在大豆SoSGV病毒熒光免疫檢測(cè)中表現(xiàn)出色，可將熒光信號(hào)強(qiáng)度提升逾500倍。即使在低濃度下，超高表面積也有助于捕獲目標(biāo)生物分子。由分布式納米孔洞與有序納米陣列共同引發(fā)的等離子體共振協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步優(yōu)化了整體熒光響應(yīng)特性。得益于制備工藝的經(jīng)濟(jì)性和寬頻帶光學(xué)共振優(yōu)勢(shì)，NPGP展現(xiàn)出作為高性能通用平臺(tái)的潛力，適用于各類(lèi)熒光化學(xué)及生物分子檢測(cè)場(chǎng)景。
