磁标夹心免疫增敏的超痕量快检光学传感器研究

The rapid and sensitive detection is of great significance and urgent demand in drug detection, environmental safety, food hygiene, medical diagnosis and so on. Aiming at the key problems still exist on the sensitivity, detection speed, anti-interference of SPR and so on, research on multi parameter rapid high sensitive sensor magneto-optical devices and methods of SPR will be carried out in order to achieve the detection of trace substances. The advantages of gold nanoparticle sensitization and magnetic nanoparticle enrichment will be combined. The Fe3O4@Au composite nanoparticles labeled antibody form immune 3D nanostructures in analysis of SPR sandwich immunoassay, inducing the local field enhancement of specific signal, achieving optical nonlinear ultrahigh signal amplification and rapid enrichment of the dual role. According to the characteristics of SPR plasma subwavelength optics, the microfluidic chip, magneto-optical module and composite magnetic particle will be creatively combined to achieve rapid detection of ultra-trace toxin protein by the sensor with simple steps, giving the three roles of sensitization, enrichment and separation of Fe3O4@Au composite particles. This study will provide a new test platform for the research of high precision and rapid trace substance detection, and promote the joint development of biomedical electronics, optics, information science and other disciplines.

超灵敏快速检测在毒品检测、环境安全、食品卫生、医疗诊断等方面具有重要意义和迫切需求。针对SPR检测中的灵敏度、检测速度、抗干扰等方面仍存在的关键问题和难点，本研究开展多参数高灵敏快速光磁传感器的新器件、新方法等研究以实现痕量物质检测，将结合金纳米粒子增敏和磁纳米粒子富集的优点，拟采用Fe3O4@Au复合纳米粒子结合标记抗体，在SPR夹心免疫分析中形成免疫夹心三维纳米结构，产生抗干扰的特异性信号的局域光场增强，实现光学超高放大信号和快速富集的双重作用；并根据SPR消逝场光学特点，创新地结合流控芯片、光磁模块和复合磁粒子实现纵向分离和多参数快速检测，简化操作步骤，赋予Fe3O4@Au复合粒子增敏、富集和分离的三重作用，实现传感器对超痕量毒素蛋白的快速检测。本研究将为高精度快速微量物质检测研究提供一个新型的检测平台，并促进生物医学、光学、信息科学等多学科联合发展。

超灵敏快速检测在环境安全、食品卫生、医疗诊断等方面具有重要意义和迫切需求。本研究开展多参数高灵敏快速光磁传感器的新器件、新方法等研究以实现痕量物质检测，将结合金纳米粒子增敏和磁纳米粒子富集的优点，夹心免疫分析中形成免疫夹心三维纳米结构，实现光学放大信号和快速富集的双重作用；创新地结合流控芯片、光磁模块和复合磁粒子实现纵向分离和多参数快速检测，简化操作步骤，通过复合粒子增敏、富集和分离的三重作用，实现传感器对微量蛋白的快速检测。.本课题主要围绕多参数高灵敏快速光磁传感器的新器件、新方法以及流控芯片的修饰、光磁模块和复合粒子修饰和模式蛋白快速检测等关键科学问题开展研究，完成了研究任务和考核指标。开展了光学三维夹心复合纳米结构的仿真和机理分析，进行了微流控微结构区域的流控仿真和分析；将光学模块和磁控模块有机集成，搭建了SPR光磁检测平台；进行了光磁检测模块软件设计和优化；研制了SPR超敏快速生物阵列传感器器件，并进行微量蛋白样品多参数检测和数据分析，开展了增敏效应分析；建立了基于磁标夹心免疫增敏SPR传感器芯片上微升量级样品的超痕量、快速、准确的多参数检测的新方法，开展了模式蛋白C-反应蛋白(CRP)、CA125肌钙蛋白 （cTnI）, 尿微量白蛋白（mAlb）、尿转铁蛋白（Tr）等多种蛋白的分析检测，CRP蛋白检测限0.5ng/mL，产生了6项具有自主知识产权的核心专利和1项软件著作权。课题实施过程中，与北京交通大学、北京民族大学、北京农业大学、北京理工大学、中科院半导体所等单位开展了广泛交流合作，参加了2019年德国欧洲传感器会议，发表论文15篇（其中SCI 12篇，EI 2篇，专著1篇）；授权发明专利6项，软件著作权1项，中国分析测试学会2020CAIA二等奖1项。培养研究生2名。