生物传感器研究的光谱技术

背景

Denis Boudreau 博士在魁北克拉瓦尔大学的研究重点是发光和等离子体纳米材料合成、分子电子/振动光谱以及生物、环境和工业传感应用的光学传感器设计之间的界面。

他的研究小组在研究中使用稳态和时间分辨荧光和等离子体增强荧光光谱、拉曼和表面增强拉曼光谱以及暗场/落射荧光成像。

该小组的 FERGIE(IsoPlane 81 的前一版本)促进的研究项目包括 (1) 用于生物传感器设计的等离子体纳米颗粒的合成和表征，(2) 用于体外和体内生物传感的基于光波导的光学探针，以及 (3)代谢生物标志物的表面增强拉曼光谱测定。

图 1：(A) 显示了金纳米星涂层基底上胆酸 SERS 光谱的光场屏幕截图，其中使用 FERGIE 通过光纤与实验室制造的共焦拉曼显微镜耦合收集数据。该实验装置可在 (B) 中看到，用于通过 SERS 识别代谢标记。

挑战

Boudreau 博士研究小组专门研究的挑战之一是发光纳米颗粒的合成。这些纳米颗粒由涂有同心介电层的等离子体核心组成，其中掺杂有对各种物理和化学刺激敏感的荧光团。由于粒子的物理参数影响发光行为，研究人员使用单粒子光谱学来建立设计规则，从而产生具有最佳性能的纳米结构。

研究人员关注的另一个挑战是对关键细胞代谢物的进化进行成像。研究小组合成的相同的发光等离子体纳米材料也被嫁接在用于远程化学/生物传感的定制光纤的尖端上。这将允许监测植物的水处理以及模型动物的体内分子传感。

Boudreau 博士的小组还与其他研究小组合作开发基于等离子体纳米材料和表面增强拉曼光谱 (SERS) 的方法，用于细胞代谢标记物的原位识别和定量。应用包括研究浮游植物对全球气候变化的适应(与 U. Laval 的 C. Lovejoy 博士和蒙特利尔大学的 JF Masson 合作)以及肠道微生物群中胆酸衍生物的体内监测(O. Barbier 、A. Marette、R. Vallée、U. Laval)。FERGIE 可以轻松地与光学装置(自由空间或通过光纤)耦合，使得[单粒子荧光和散射数据]变得非常容易。

解决方案

Boudreau 博士的研究小组使用 FERGIE(IsoPlane 81 的先前版本)以及定制的共焦显微镜来收集所制造的发光等离子体纳米粒子的单粒子荧光数据和散射数据。然后将其与电子显微镜数据相关联，以充分表征纳米颗粒。由于 FERGIE 可以耦合到光学装置，因此研究人员可以轻松地通过自由空间或光纤进行耦合以获得这些测量结果。

FERGIE 系统的高灵敏度和多通道功能使 Boudreau 博士的研究小组能够同时捕获光纤尖端多个物种选择性分子探针发出的任何光，光纤尖端接枝了发光等离子体纳米材料。由于 FERGIE 能够在成像模式之间轻松切换，研究小组发现它是一种有用的工具，可以从一个系统获得多种测量结果，只需几分钟即可在显微镜、微流体流动室和连接光纤传感器之间切换。

审核编辑 黄宇