ニュース

Jan 18, 2024

超高感度テーパー型光ファイバー屈折率グルコースセンサー

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4495 (2023) この記事を引用

1385 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

屈折率 (RI) センサーは、ラベルフリーの光学バイオセンシングにとって非常に興味深いものです。 ミクロンサイズのウエスト直径を備えたテーパー光ファイバー (TOF) RI センサーは、長距離にわたってモードボリュームを低減することでセンサーの感度を大幅に向上させることができます。 ここでは、局在表面プラズモン共鳴 (LSPR) に基づいた高感度の屈折率センサーを製造するために、簡単かつ迅速な方法が使用されます。 ウエスト直径が 5 µm と 12 µm の 2 つの TOF (l = 5 mm) は、室温でのグルコース センシング (5 ～ 45 wt%) について、λ = 1559 nm で感度の向上を実証しました。 エバネッセント場内の伝播光とグルコース分子との相互作用により、グルコース濃度が増加すると光パワー透過率が減少した。 グルコースセンシング用の活性層として金ナノ粒子（AuNP）でTOFをコーティングすると、テーパーウエストに堆積したAuNPとエバネッセント波の相互作用を通じてLSPRが生成されました。 結果は、グルコースに対して、TOF (Ø = 5 µm) が 560%/RIU の TOF (Ø = 12 µm) と比較して、1265%/RIU の感度でセンシング性能が向上していることを示しました。 AuNP は、走査型電子顕微鏡と紫外可視分光法を使用して特性評価されました。 AuNP で修飾された TOF (Ø = 12 µm) は、グルコースに対して 2032%/RIU の高い感度を示しました。 AuNPs で装飾された TOF センサーは、RI が 1.328 ～ 1.393 の範囲で、TOF (Ø = 12 µm) に比べてほぼ 4 倍の感度向上を示しました。 作製された TOF により、良好な安定性と高速応答を備えた超高感度グルコース検出が可能になり、疾患診断などの実世界のアプリケーション向けの次世代超高感度バイオセンサーにつながる可能性があります。

現代医学の最大の課題の 1 つは、電磁干渉 (EMI) の影響を受けずに、タイムリーかつ正確な方法で病気を診断できる、費用対効果の高い技術を開発することです。 ラベルフリーの光学センサーは、EMI1、2、3 を含むほぼすべての環境における生化学センシングへの有望なアプローチを提供します。 DNA ハイブリダイゼーション、抗体抗原認識、化学反応、濃度変化などのほとんどの結合イベントは、通常、光センサーの周囲環境の変化を引き起こし、センシング環境の屈折率 (RI) を変化させることが知られています。 さらに、この RI の変化は、バイオセンサーの検出能力を定量的に反映することができます。 したがって、生化学プロセスに起因する可能性のある RI の小さな変化を測定することは、バイオマーカー検出にとって重要です 4,5。 光ファイバーベースの RI センサーは、ラベル不要でさまざまな構成が特徴です。 最も一般的なファイバーベースの RI センサーは、ブラッググレーティング (FBG) 構造 6、マッハツェンダー干渉計 7 を形成する長周期グレーティング (LPG)、化学エッチング 8 に基づくマイクロ干渉計、微細構造ファイバー 9、およびテーパー光ファイバー 10 です。

光ファイバーの材料は通常シリカであり、無毒で環境に優しく、ほとんどの材料よりも耐腐食性が高いため、過酷な環境でのセンシングに適しています。 光ファイバーは、さまざまな材料 (ポリマー、ナノマテリアルなど) で装飾したり、ファイバー構成 (干渉計、オプトロード、ささやきギャラリー モードなど) を変更するだけで、優れたセンシングの多用途性を実現します。 最近、テーパー光ファイバー (TOF) は、製造が容易であり、光学特性が向上しているため、大きな注目を集めています 11、12、13。 TOF は、数ミリメートルから数センチメートルまでの長距離にわたって非常に高い光強度を生成します。 TOF の長い相互作用長と高強度により光と物質の相互作用が強化され、センサーの感度が向上します。 TOFの製造にはさまざまなアプローチがありますが、表1に示すように、フレームブラッシング法が最もよく使用されています。この方法では、クラッドを除去したシングルモードまたはマルチモードのガラス光ファイバをファイバの中心で加熱しながら、同時にファイバを引き伸ばします。ファイバーの両端に対称的な「ウエスト」を形成します10。 これは、TOF を製造するための最も簡単で低コストのアプローチです。

さらに、超低出力レベルの非線形分光法を使用すると、TOF の相互作用 (テーパー) 領域に一度に含まれる光子数は 100 未満であることが実証されています 14。 この低線量の放射線により、センシング環境におけるサンプル損傷のリスクも軽減できます。 TOF を使用するもう 1 つの重要な利点は、TOF が時間の経過とともに非常に安定しており、流体の動きによって自己洗浄できることです15。 TOF システムは、生化学的センシングについて報告されています 16、17、18、19、20、21、22、23。 さらに、TOF 上のナノ粒子の機能化は、ナノ粒子内の電子を関与させてエバネッセント波との結合を振動させる局在表面プラズモニック共鳴 (LSPR) を生成することにより、光ファイバーベースの RI センサーの特性を強化し、その結果、屈折率24。 金や銀 25,26、磁性ナノ粒子 27,28、炭素ベースのナノ粒子 29,30、ラテックスナノ粒子 31、リポソームベースのナノ粒子 32 などのさまざまな種類のナノ粒子が、標的分析物検出の表面プラズモニック共鳴シグナルを増強することが報告されています。 AuNP は、表面プラズモン共鳴の強力な誘導と生体適合性により、TOF の機能化に広く使用されています。 さらに、AuNP は安定で酸化に強いため、長期の用途に対する耐久性が向上します。 Lin ら 17 は、AuNP を使用した局所表面共鳴 TOF センサーを実証しました。 ウエスト直径 48 μm、長さ 1.25 mm が達成され、AuNP で装飾されました。 感度は 380%/RIU、RI は 1.333 ～ 1.403 の範囲であると報告されています。 Tai と Wei33 は、ナノメートルチップにより光ファイバーセンサーの感度をさらに高めるテーパーファイバーチップを使用して、最大 8000%/RIU の強度感度を実証しました。 テーパ付きファイバー屈折率センサーは、リアルタイムでの局所的な屈折率変化において速い応答時間で優れた感度を示し、ラベルフリーのバイオセンシングに大きな可能性を秘めています。

TOF ベースの RI センサーを用いた研究努力により、さまざまな感度と再現性を備えたデバイスが誕生しました。 この制限を克服するために、この論文では、長いウエスト長を伴うさまざまなテーパーウエスト直径と、光結合の効率、ひいては感度を高めるためのエバネッセント場を利用するためのテーパーウエスト領域でのAuNPの結合を検討します。 より長いウエスト長 (l = 5 mm) と 5 μm および 12 μm の小さなウエスト直径を備えた 2 つの TOF RI センサーが、グルコース センシング用に製造されました。 ウエスト直径は、TOF の感度を高める上で重要です。 TOF (Ø = 5 µm) は、TOF (Ø = 12 µm) と比較して大幅に向上したグルコースセンシング能力を示します。 しかし、TOF (Ø = 12 µm) は容易に製造でき、耐久性も優れています。 AuNP を調製し、感度向上のために TOF (Ø = 12 μm) の表面を装飾するために使用しました。 グルコースの RI 検出には 100 nW 未満の出力が使用されました。 この超低出力センシングにより、長波長 (1559 nm) でのグルコースに対する感度 2032%/RIU、線形 RI 範囲 1.328 ～ 1.393 での高感度 TOF RI 検出の実験的証拠が得られました。 これは、光吸収や比表面積などの AuNP の独特な特性により、光と物質の相互作用が強化されます。 より長い波長での検出は、製造されたままの LSPR および他の報告されている SPR システムで優れた感度を示しました 34,35。 TOF センサーは、医療およびバイオプロセス産業における非侵襲性グルコースモニタリングの有望な候補として機能します 36、37、38、39。

実験のセットアップを図 1 に示します。TOF センシング領域は峡谷の床の上に吊り下げられ、ターゲット分析物に完全に浸されました。 入力光（当社のASE-FL7002白色光テスト光源、1530～1610nm）は、光減衰器と偏光コントローラを通ってTOFを伝播しました。 光出力は光スペクトルアナライザ(Thorlabs OSA203Cフーリエ変換光スペクトルアナライザ、1.0～2.6μm)に結合されました。 TOF は、滑らかな直線テーパー プロファイルと小さな均一なウエスト直径 (Ø = 5 µm または Ø = 12 µm) を備えた遷移領域で構成されています。 一連のグルコース水溶液を、０〜４５重量％の範囲の質量比で調製した。 1559 nm での対応する RI が得られました。

グルコースセンシングの実験セットアップ。

図 2A は、水中でのクエン酸キャップされた AuNP の UV-Vis 吸収スペクトルを示しています。 AuNP の合成中、クエン酸塩は Au(III) を Au に還元します。 AuNP は 524 nm で強い吸収ピークを示します。 吸光度のピークは、AuNP のサイズが約 24 ～ 33 nm であることを示唆しており、以前の報告と一致しています 40、41、42。 図 2B は、AuNP の化学吸着を確認するための、裸の TOF センサーと AuNP で装飾された TOF RI センサーの走査型電子顕微鏡 (SEM) 画像を示しています。

(A) 合成された金ナノ粒子 (AuNP) の UV-Vis スペクトル。 (B) 裸の TOF と AuNPs で装飾された TOF の走査型電子顕微鏡 (SEM)。

光学スペクトルデータの比較分析は、ウエスト直径が 5 μm (図 3A) と 12 μm (図 3B) の 2 つの TOF が RI センサーの出力を与えることを示しています。 ベア TOF の出力応答は、1520 ～ 1630 nm の近赤外 (NIR) 波長範囲にわたって観察されます。 さまざまなグルコース濃度 (5 ～ 45 wt%) にさらされると、グルコース濃度の増加に伴って出力応答が低下します。 観察された傾向は、他の生体分子に関する以前の報告と一致しています40,41。 光スペクトルは、パワー出力曲線の下の領域を積分することによって処理され、図3C、Dに示す対応する正規化されたパワー強度曲線を生成しました。 ピーク波長 1559 nm では、グルコース濃度ごとに強度の低下がはっきりと観察されます。 光の偏光を変更した後でも、スペクトルに有意な変化は観察されませんでした。 これは、TOF RI センシングが偏光の影響を受けず、より実用的であることを示しています 43。

グルコース溶液のさまざまな質量分率における裸の TOF センサーの光学スペクトル。 (A) TOF (Ø = 直径 5 μm) および (B) TOF (Ø = 直径 12 μm)。 (C,D) 対応する正規化された強度スペクトル。

ウエスト径が大きい TOF は、感度は低下しますが、信頼性が向上しました。 したがって、感度を向上させるために、ファイバーウエストの表面に AuNP をコーティングしました。 AuNPs で装飾された TOF (Ø = 12 μm) スペクトル (図 4A) から、AuNPs コーティングにより、グルコースにおけるセンサーの初期出力が高いことが観察されます。 これは、AuNP と LSPR の表面積が本質的に大きいため、グルコース分子とセンシング領域の相互作用が強化され、それによってエバネッセント場が劇的に変化します。 強化されたエバネッセント場の侵入深さは RI によって変調され、裸の TOF よりも強力な電力出力が可能になります。 RI が減少すると、表面エバネッセント波の浸透深さが減少し、その結果、エバネッセント場とグルコース分子の間の相互作用がほとんどなくなり、検出スペクトルの出力もほとんどなくなります。 図 4B の対応する正規化された出力強度曲線は、AuNP コーティングが TOF RI センサーの感度を大幅に向上させ、さらに検出領域とのグルコース分子相互作用の発生を示していることを示しています。 図 5 は、裸の TOF センサーと AuNP で装飾された TOF センサーの校正曲線を示しています。 図5Aに示すように、より小さいウエスト直径のTOF（直径= 5μm）は、λ = 1559 nmでのTOF（ウエスト直径= 12μm）の560％/RIUの感度と比較して、1265％/RIUの感度を示しました。 より小さいウエスト直径 TOF で達成されるグルコースとのエバネッセント場の相互作用が強化されたため、グルコースに対するより高い感度が観察されました。 TOF センサーの強度感度は次の式で与えられます 33:

(A) グルコース溶液の異なる質量分率における AuNP で装飾された TOF (直径 = 12 μm) センサーの光学スペクトル、および (B) 対応する正規化された強度スペクトル。

(A) パワー強度は、λ = 1559 nm での裸の TOF (赤と青) および AuNP 修飾された TOF の屈折率に対して変化します。 (B) TOF RI センサーの感度の比較。

AuNPs で修飾された TOF では、λ = 1559 nm で 2032% RIU の感度が観察され (図 5A)、裸の TOF と比較して約 4 倍の増加を示しています。 AuNP は高感度の LSPR シグナルを生成し、反応のわずかな変化を検出します。 しかしながら、AuNPsで装飾されたTOFセンサーは30重量%のグルコースで飽和し、1559nmのピークが消失した。 これは、グルコース分子が感知領域に吸着することに起因する可能性があります。 全体として、AuNP で装飾された TOF は、裸の TOF よりも大きな出力変化を生成しました。 感度の向上は広いスペクトル範囲 (1540 ～ 1610 nm) に及び、均一です。 さらに、表 2 にまとめたように、製造直後の TOF センサーの光学性能を、さまざまな検体でテストした他の光ファイバーベースの RI センサーと比較しました。

測定された RI が 1.32 から 1.40 に変化するにつれて、光強度の変化はより顕著になり、AuNP が TOF RI センサーの感度を向上させることができることを示しています。 また、AuNP により、グルコース分子がセンサー表面で相互作用するためのより多くの接触領域が可能になります。 TOF (Ø = 12 µm) では 1.34 ～ 1.40 (r2 = 0.9254) の直線 RI 範囲が観察され、TOF (Ø = 5 µm) では 1.32 ～ 1.40 (r2 = 0.9940) のより広い直線範囲が観察されました。 。 1.328 ～ 1.393 (r2 = 0.9781) の同様の直線範囲が AuNP 修飾 TOF で観察され、最近報告された光ファイバー RI センサーと一致またはそれを上回っています 17,44。 ヘテロコア ファイバーは 1.334 ～ 1.377 の範囲で 57.2%/RIU の強度感度を示し、MXene ナノシートベースのヘテロコア ファイバーは 1.334 ～ 1.37744 の範囲で 510.1%/RIU の感度を示しました。 したがって、AuNPs で装飾された TOF RI センサーは、エバネッセント場を強化してセンシング環境における RI 変化を検出し、グルコース検出に理想的なセンサーとなります。 図 5B は、1559 nm と 1590 nm での TOF RI センサーの感度を比較しています。 これらの均一な感度は、AuNPs で修飾された TOF RI センサーが 1559 nm および 1590 nm での生化学検出に適した選択肢であることを示しています。

要約すると、さまざまなグルコース濃度を検出するための RI センサーとしての TOF の使用について説明し、実証しました。 グルコース濃度が 5 wt% から 45 wt% に増加すると、結果的にセンサーの出力強度が減少しました。 さらに、ベア TOF の感度はその直径に大きく関係しており、偏光の影響を受けないため、現実のアプリケーションに最適です。 ベア TOF (Ø = 5 µm) センサーは、ベア TOF (Ø = 12 µm) よりも優れたセンシング能力を示しました。 1.328 ～ 1.393 の RI 範囲にわたって 1265%/RIU の強度感度を達成しました。 TOF (Ø = 12 µm) を AuNP で装飾すると、線形 RI 範囲がわずかに減少しましたが、センサーの感度は約 4 倍増加しました。 感度は 1.328 ～ 1.379 の RI 範囲で 2032%/RIU でした。 ウエスト直径 TOF が小さいほど、生化学的環境の変化に対するセンサーの感度が高くなります。 また、TOF 表面上の AuNP 修飾により、AuNP による生体分子の吸着と局在表面プラズモン共鳴の生成が可能になる高い表面積対体積比により、感度が向上しました。 TOF (Ø = 12 µm) の準備方法はシンプル、堅牢、再現可能であり、ナノマテリアルで簡単に装飾してセンシング能力を強化できます。 ただし、ミクロンサイズのテーパーファイバーセンサーは非常に壊れやすいため、実際の用途では機械的強度を改善する必要があります。 今後の研究では、生化学プロセスにおける生体認識イベントを検出するために TOF RI センサーをパッケージ化する方法を検討します。

TOF はヒートアンドプル法 45 によって作製されました。 簡単に説明すると、標準的な市販の光ファイバー (Thorlabs1060XP、シングルモード光ファイバー、980 ～ 1600 nm、超高性能、クラッド Ø125 µm、コア Ø5.8 µm) の両端と中央部分のファイバー コーティングが慎重に行われました。取り外してアセトンで洗浄します。 図 6 に示すように、プロパン空気混合炎を裸のファイバーの下に置きました。裸のファイバー端をファイバー ホルダー (Newport 125 µm ファイバー、561 シリーズ) に置き、A3200 コントローラーで制御される 2 つの Aerotech Pro115SL リニア ステージで引っ張って、検出長5mm。 ファイバーの伝送は、引っ張っている間同時に監視されました。 作製した TOF を特注の峡谷型テフロン治具に取り付け、センシング領域をアセトンで洗浄し、続いて超純度の脱イオン (DI) 水ですすぎました 13。 キャニオンには感知液体が保持されます (総量 = 2 ml)。

テーパー付き光ファイバーを製造するための加熱および引張法の概略図。

Ma et al.40 によって以前に報告されているように、図 7 に示すように、金ナノ粒子は化学的方法を使用して合成されました。すべてのガラス器具は、新たに調製した王水 (HCl:HNO3、3:1) で洗浄されました。 前駆体溶液は、100 mL の脱イオン水 (18.2 MΩ cm) に溶解した 0.01 g の塩化金 (III) 三水和物 (HAuCl4 ・ 3H2O) を使用して調製し、ホット プレート上でマグネチックスターラーで一定の撹拌下で沸騰させました。 沸騰直後、１重量％クエン酸三ナトリウム（Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７）溶液３．２ｍＬを素早く加え、１０分間撹拌した。 Na3C6H5O7 は、ナノ粒子合成における還元剤およびキャッピング剤として機能します。 この間に溶液の色が黄色から赤ワインに変化したことは、金の急速な還元を示しています。 反応溶液を室温まで放冷した。 得られた AuNP を遠心分離し、DI 水に再懸濁し、使用しないときは 4 °C で保存しました。 AuNP サンプルの UV-Vis スペクトルは、UV-Vis 吸収分光法 (Spectra Max M5 マイクロプレート リーダー、Molecular Devices, LLC.) を使用して記録しました。

クエン酸ナトリウム還元法による金ナノ粒子（AuNP）の合成。

その後、TOF ファイバーは塩処理法 47 によって機能化されました。 TOF のセンシング領域はアセトンで洗浄され、続いて脱イオン水でリンスされました。 乾燥後、センシング領域を新たに調製したピラニア溶液 (H2SO4:H2O2、3:1) に 30 分間浸漬し、脱イオン水で十分にすすいだ後、90 °C で 30 分間乾燥させました。 乾燥後、TOF を 3-アミノプロピルトリエトキシシラン (APTES) の 1% (v/v) エタノール溶液で室温で 24 時間処理しました。 APTES官能化TOFをエタノールですすぎ、続いて脱イオン水ですすいで未結合のAPTESを除去し、空気乾燥させた。 官能化された TOF を 2 mL の合成 AuNP 溶液中で室温で 8 時間インキュベートして、TOF センシング領域上に AuNP のコーティングを形成しました。 AuNPs で装飾された TOF を脱イオン水ですすぎ、RI センシングに使用しました。 オルガノシランを使用すると、ナノ粒子の化学吸着に基づいてテーパ付き光ファイバー上に金属ナノ粒子が集積した非常に堅牢な単層が形成されます48。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Lai, M. および Saughter, G. ラベルフリーの microRNA 光学バイオセンサー。 ナノマテリアル 9(11)、1573 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Andryukov、BG、Besednova、NN、Romashko、RV、Zaporozhets、TS & Efimov、TA 検査室ベースの感染症診断用のラベルフリー バイオセンサー: 現在の成果と新しい傾向。 バイオセンサー 10(2)、11 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Armani、AM、Kulkarni、RP、Fraser、SE、Flagan、RC & Vahala、KJ 光学マイクロキャビティによるラベルフリーの単一分子検出。 サイエンス 317(5839)、783–787 (2007)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

田沢 洋、蟹江 哲、カタヤマ エム。光ファイバーカプラーベースの屈折率センサーとバイオセンシングへのその応用。 応用物理学。 レット。 91(11)、113901 (2007)。

記事 ADS Google Scholar

Homola, J. 化学種および生物学的種を検出するための表面プラズモン共鳴センサー。 化学。 改訂 108(2)、462–493 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Ahlfeldt、AASSH & Edwall、BSRSG 光ファイバーブラッグ格子屈折計。 ファイバー統合。 オプション。 17(1)、51–62 (1998)。

記事 Google Scholar

Vengsarkar、AM et al. 帯域阻止フィルターとしての長周期ファイバーグレーティング。 Ｊ．ライトウェーブ・テクノロジー。 14(1)、58–65 (1996)。

記事 ADS Google Scholar

Gong, Y.、Guo, Y.、Rao, YJ、Zhao, T. & Wu, Y. グレーデッド インデックス マルチモード ファイバーの周期集束効果に基づく光ファイバー ファブリ ペロー センサー。 IEEEフォトン。 テクノロジー。 レット。 22(23)、1708–1710 (2010)。

記事 ADS Google Scholar

Ran、ZL、Rao、YJ、Liu、WJ、Liao、X. & Chiang、KS レーザー微細加工ファブリペロー光ファイバー先端センサーにより、温度に依存しない高解像度の屈折率測定が可能。 オプション。 Express 16(3)、2252–2263 (2008)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Deverall、JE、Chesnoy、DJ & Payne、DN テーパードシングルモード光ファイバー方向性結合器。 J.光波技術。 10、639–643 (1992)。

Google スカラー

Tong, L.、Zi, F.、Guo, X. & Lou, J. 光学マイクロファイバーとナノファイバー: チュートリアル。 オプション。 共通。 285(23)、4641–4647 (2012)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Liyanage, T.、Lai, M.、および Saughter, G. ラベルフリーのテーパ型光ファイバー プラズモニック バイオセンサー。 アナル。 チム。 Acta 1169、338629 (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Liyanage, T.、Alharbi, B.、Quan, L.、Esquela-Kerscher, A. & Saughter, G. 前立腺がんの早期診断のためのプラズモニックベースのバイオセンサー。 ACS オメガ 7(2)、2411–2418 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hendrickson, SM、Lai, MM、Pittman, TB & Franson, JD ルビジウム蒸気中でのテーパー光ファイバーを使用した低出力レベルでの 2 光子吸収の観察。 物理学。 レット牧師。 105(17)、173602 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Irigoyen, M.、Sánchez-Martin, JA、Bernabeu, E. & Zamora, A. 海水中の化学汚染物質検出用のテーパード光ファイバーセンサー。 測定。 科学。 テクノロジー。 28(4)、045802 (2017)。

記事 ADS Google Scholar

King、BJ、Idehenre、I.、Powers、PE、Haus、JW、Hansen、KM テーパード光学マイクロファイバーを使用したバイオセンシング プラットフォーム: 新しい結果。 生物学的検出のフロンティア: ナノセンサーからシステム VI まで、vol. 8933、16–22。 (SPIE、2014)。

Lin、HY、Huang、CH、Cheng、GL、Chen、NK、Chui、HC 局在表面プラズモン共鳴に基づくテーパ型光ファイバーセンサー。 オプション。 エクスプレス 20(19)、21693 ～ 21701 (2012)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Kumar, S. et al. テーパード光ファイバー構造を使用したLSPRベースのコレステロールバイオセンサー。 バイオメッド。 オプション。 Express 10(5)、2150 ～ 2160 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wieduwilt, T. et al. 光ファイバーテーパー上の金強化銀ナノプリズム - 高精度センシングのための新しいベース。 APLフォトン。 1(6)、066102 (2016)。

記事 ADS Google Scholar

Kim、HM、Park、JH、Lee、SK 改善されたプラズモニック バイオセンサー用の、Au ナノ粒子で装飾された ZnO ナノワイヤーに基づく光ファイバー センサー。 科学。 議員9(1)、1-9 (2019)。

Google スカラー

Korposh, S.、James, SW、Lee, SW & Tatam, RP テーパー型光ファイバー センサー: 現在の傾向と将来の展望。 センサー 19(10)、2294 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ロドリゲス＝シュヴェントナー、E.、ゴンサレス＝カノ、A.、ディアス＝エレラ、N.、ナバレッテ、MC、エステバン、オー。 SPR ファイバーセンサーの信号処理: いくつかの解説と新しい方法。 Sens. Actuators B Chem. 268、150–156 (2018)。

記事 Google Scholar

Zhu、G.ら。 アスコルビン酸検出用のテーパー型光ファイバーベースの LSPR バイオセンサー。 光子。 上院議員 11、418–434 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Chen, C. & Wang, J. 光学バイオセンサー: 徹底的かつ包括的なレビュー。 アナリスト 145(5)、1605–1628 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Cathcart, N.、Chen, JI、Kitaev, V. LSPR を 470 から 800 nm に調整し、金の堆積とポリ (スチレンスルホン酸塩) の存在下での再構築によって形成される Au-Ag ナノ粒子の安定性を向上させました。 ラングミュア 34(2)、612–621 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Jia, S.、Bian, C.、Sun, J.、Tong, J. & Xia, S. 金ナノ粒子による水銀 (II) イオンの高感度検出のための波長変調局在表面プラズモン共鳴 (LSPR) 光ファイバー センサー-DNA複合体。 バイオセンス。 バイオ電子。 114、15–21 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Hobbs, K.、Cathcart, N.、Kitaev, V. 形態学的変化によって増幅される高感度のプラズモニック検出用に設計された金メッキ銀ナノ粒子。 化学。 共通。 52(63)、9785–9788 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Liu、X.ら。 磁性ナノ粒子が豊富なサルモネラ・エンテリティディスを迅速かつ高感度にその場で検出するための表面プラズモン共鳴免疫センサー。 Sens. アクチュエーター B Chem. 230、191–198 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Jia, Y. et al. エストラジオール分析用の磁性ナノ粒子強化表面プラズモン共鳴センサー。 Sens. アクチュエーター B Chem. 254、629–635 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang、H.ら。 免疫測定用の新しい酸化グラフェンベースの表面プラズモン共鳴バイオセンサー。 Small 9(15)、2537–2540 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Lee、EGら。 カーボンナノチューブによる表面プラズモン共鳴信号の増強。 アナル。 生化学。 408(2)、206–211 (2011)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Severs、AH および Schasfoort、RBM ラテックス粒子を使用した強化表面プラズモン共鳴阻害テスト (ESPRIT)。 バイオセンス。 バイオ電子。 8(7–8)、365–370 (1993)。

記事 CAS Google Scholar

Tai、YH および Wei、PK テーパー付き光ファイバー チップを使用した高感度液体屈折率センサー。 オプション。 レット。 35(7)、944–946 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Chen, S.、Liu, Y.、Yu, Q. & Peng, W. 長波長励起を使用した超低検出限界の自己参照 SPR バイオセンシング。 Sens. アクチュエーター B Chem. 327、128935 (2021)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Homola, J. スペクトル調査による表面プラズモン共鳴センサーの感度について。 Sens. アクチュエーター B Chem. 41(1–3)、207–211 (1997)。

記事 CAS Google Scholar

カノ・ペレス、JL 他光ファイバーセンサー: グルコース測定のレビュー。 バイオセンサー 11(3)、61 (2021)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Novais, S.、Ferreira, CI、Ferreira, MS、Pinto, JL グルコース水溶液測定用の光ファイバーチップセンサー。 IEEEフォトン。 J. 10(5)、1–9 (2018)。

記事 Google Scholar

Fang, YL、Wang, CT & Chiang, CC グルコース溶液測定用の小型 U 字型曲げ誘起干渉光ファイバー センサー。 センサー 16(9)、1460 (2016)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Birks、TA および Li、YW ファイバーの形状はテーパーになっています。 Ｊ．ライトウェーブ・テクノロジー。 10(4)、432–438 (1992)。

記事 ADS Google Scholar

Ma, Y. et al. システアミン修飾金ナノ粒子を利用した水銀 (II) とメラミンの比色センシング戦略。 アナリスト 138(18)、5338–5343 (2013)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Haiss, W.、Thanh, NT、Aveyard, J. & Fernig, DG UV-Vis スペクトルからの金ナノ粒子のサイズと濃度の決定。 アナル。 化学。 79(11)、4215–4221 (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

He、YQ、Liu、SP、Kong、L. & Liu、ZF 吸収、共鳴レイリー散乱、共鳴非線形散乱のスペクトルによる金ナノ粒子のサイズと濃度に関する研究。 スペクトロチム。 アクタパートＡ Ｍｏｌ． バイオモル。 分光器。 61(13–14)、2861–2866 (2005)。

記事 ADS Google Scholar

Shen, Z. & Du, M. ナノリングを備えた偏光に依存しないメタ表面における複数のファノ共鳴に基づく高性能屈折率検知システム。 オプション。 エクスプレス 29(18)、28287 ～ 28296 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

チェン、Y.ら。 Ti3C2Tx MXene ファイバーをベースにした屈折率センサー。 ACS アプリケーションナノメーター。 3(1)、303–311 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

Chen, KC, Li, YL, Wu, CW & Chiang, CC 金ナノ粒子とグルコースオキシダーゼを備えた U 字型光ファイバープローブを使用したグルコースセンサー。 センサー 18(4)、1217 (2018)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shao, Y.、Xu, S.、Zheng, X.、Wang, Y. & Xu, W. 高分子電解質多層上の金ナノ粒子集合体によって調製された光ファイバー LSPR バイオセンサー。 センサー 10(4)、3585–3596 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kyaw, HH、Al-Harthi, SH、Sellai, A. & Dutta, J. シラン化表面上の金ナノ粒子の自己組織化。 バイルシュタイン J. ナノテクノロジー。 6(1)、2345–2353 (2015)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pisco, M. & Cusano, A. Lab-on-fiber テクノロジー: 多機能プラグ アンド プレイ プラットフォームに向けたロードマップ。 センサー 20(17)、4705 (2020)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

この記事で紹介された研究は、米国科学財団賞 1921363 および 1921364 によって支援されました。著者らは、Micron-NSU ナノファブリケーション クリーンルーム担当者、マリー V. マクデモンド応用研究センター (MCAR) の Sangram Pradhan 博士および Messaoud Bahoura 博士に感謝します。 ) 材料の特性評価にご協力いただきました。

Erem Ujah と Meimei Lai の著者も同様に貢献しました。

バイオエレクトロニクスセンター、オールド ドミニオン大学、バージニア州ノーフォーク、23508、米国

エレム・ウジャ、メイメイ・ライ、ギママ・スローター

オールド ドミニオン大学、電気およびコンピュータ工学部、ノーフォーク、バージニア州、23508、米国

エレム・ウジャ & ギママ・スローター

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

GS と ML がこのアイデアを考案しました。 ML と EU はテーパー付き光ファイバーを製造し、光学実験を実施し、結果を収集しました。 ML、EU、GS がデータ分析に参加し、原稿を執筆しました。 著者全員が原稿をレビューしました。

ギママ・スローターへの対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Ujah, E.、Lai, M.、および Saughter, G. 超高感度テーパー型光ファイバー屈折率グルコース センサー。 Sci Rep 13、4495 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31127-4

引用をダウンロード

受信日: 2023 年 1 月 26 日

受理日: 2023 年 3 月 7 日

公開日: 2023 年 3 月 18 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31127-4

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティ ガイドラインに従うことに同意したことになります。 虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。