一、研究背景： 高靈敏度生物分子檢測技術(shù)不但在應(yīng)對突發(fā)公共衛(wèi)生事件中凸顯其重要性，近年來在監(jiān)控影響經(jīng)濟作物產(chǎn)量的植物病毒感染中，也正在發(fā)揮重要的作用。為了進一步提高生物分子檢測的靈敏度，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)分子在生物免疫實驗中達到更高的檢測信號強度是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。本項研究通過三維納米級制造方法，批量化制造具有宏觀陣列結(jié)構(gòu)與納米級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獨立調(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，并將片上熒光信號相比普通金襯底實驗提升超過500倍，驗證了其成為新一代低成本高靈敏度生物檢測芯片平臺性技術(shù)的可行性。

二、文章簡介：

針對上述問題，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）臧法珩團隊聯(lián)合南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院徐毅團隊針對大豆癥青病毒（SoSGV）檢測開發(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)成果發(fā)表在Advanced Optical Materials上。上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院博士生王夢誠為論文第一作者，集成電路學(xué)院臧法珩副教授為論文通訊作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院徐毅教授為論文的合作作者，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院梅若鑫（在讀博士）等參與了該項工作。

三、研究內(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，其實現(xiàn)得益于一種“陣列上造孔隙”的混合納米制備工藝。NPGP通過調(diào)控納米柱支撐的金過渡內(nèi)核形態(tài)來設(shè)定主共振峰以實現(xiàn)光譜可調(diào)諧功能，同時利用納米多孔金外殼拓寬共振光譜的覆蓋范圍。作為芯片級熒光傳感平臺的優(yōu)異性能已在檢測大豆中SoSGV病毒得到驗證。

圖1. NPGP的脫合金工藝流程、光學(xué)仿真及光譜測試。 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。通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部金過渡層的厚度，能夠使電四極子對應(yīng)的共振峰在750nm至850nm區(qū)間內(nèi)靈活移動。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，我們可通過精準(zhǔn)調(diào)控內(nèi)部金層的厚度來適配生物分子熒光檢測所需的工作波長；同時優(yōu)化合金層的厚度參數(shù)，從而實現(xiàn)高達95%以上的消光率表現(xiàn)。

圖2. NPGP的脫合金工藝流程、光學(xué)仿真及光譜測試。 大豆癥青病毒SoSGV的檢測采用基于熒光的免疫分析法，其中NPGP陣列作為熒光增強平臺。病毒樣本通過對感染SoSGV的大豆葉片進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病毒熒光免疫檢測中表現(xiàn)出色，可將熒光信號強度提升逾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)濟性和寬頻帶光學(xué)共振優(yōu)勢，NPGP展現(xiàn)出作為高性能通用平臺的潛力，適用于各類熒光化學(xué)及生物分子檢測場景。

來源：上海交通大學(xué)新聞網(wǎng)