基于导光金属毛细管的便携式、高灵敏度光度计研究

Photometry is widely used for trace analysis in life science, food safety and environmental monitoring, owning to its fast speed analysis and ease of use. This project will investigate the novel nonlinear optical-path enhancement effect in metal-waveguide-capillary (MWC), which can break the restriction of physical length on optical-path. Thus, enhancing the detection sensitivity and resolving the problems of gas bubble trapping and light leaking can be realized. In addition, investigation on combination of Au nano-particles and MWC will be carried out for observing the novel LSPR effects and realizing high sensitive detection of molecule absorption process. Finally, a portable photometry with high sensitive, high selective and ease of use would be realized.

光度计是检测微量物质含量的主要仪器之一，具有快速检测和使用简便等优点，在生命科学、食品安全与环境监测中有着广泛应用。本项目拟开展以下研究：1. 探索导光金属毛细管（MWC）中特有的非线性光程效应，从而打破物理长度对有效光程的制约、提高检测灵敏度、并解决现有导光毛细管中的气泡与光泄露等问题；2. 探索纳米金颗粒与MWC的有机结合方式，研究金属管内纳米金的局域表面等离子共振（LSPR）效应，实现对生物分子等被测物质的特异性吸附、富集、以及高灵敏度检测；3. 在此基础上研制便携式、高灵敏度、高选择性、以及操作简易的光度计。

研制了高灵敏度、便携式低成本的基于激光诱导荧光技术（LIF）的金属毛细管（MWC）荧光光度计。通过金属毛细管入射端和出射端的银镜和滤光片结合毛细管构建了光学腔，大幅的增强了荧光的激发效率和收集效率。同时，经过严格挡光处理避免环境光的干扰，该荧光光度计的主要背景值来源水中的拉曼散射，因此通过研究了证明了控制拉曼散射的影响可以有效提高荧光的检测限。对于荧光剂罗丹明B，该仪器达到了0.4 pM的浓度检测限，相对现有成果报道的检测限最低值提升了12.5倍，相对现有商用仪器检测限提升约5000倍。在使用ZnCdSe/ZnS量子点作为荧光剂，达到了3 fM的浓度检测限，相对现有成果报道的检测限最低值提升了40倍，相对现有商用仪器检测限提升约20000倍。该金属毛细管荧光光度计将在生命科学、食品安全和环境监测方面有着广泛的应用。此外，改进现有的金属毛细管光程增强光度计，提高其测试稳定性，检测能力相对社会主流产品提升2个数量级，并实现了高灵敏度的葡萄糖、石油以及凝血酶的检测。