面向环境、医疗和食品安全等领域亟需微量靶标物快速监测与应急检测支撑技术和仪器的需求,结合生物传感技术快速高灵敏检测的特点,以生物功能材料对污染物的高灵敏特异性响应、光波导能量输出/输入与耦合、倏逝波激发荧光信号识别与低损耗传输模式的信息流精密调控与系统集成原理为基础,创新研制了多通道倏逝波全光纤生物传感器,并于2017年获得专利授权(授权专利号为ZL201710422048.5)。
该专利仪器融合倏逝波荧光分析原理、光纤传感原理、生物亲和反应原理及耦合波理论,利用自主研发精密全光纤光学系统,结合波束合成与解调技术和并行信号处理算法,首次提出基于空间分辨效应的新型微阵列光学生物传感原理,实现了仪器“功能集成、结构微缩”,可实现多目标物的高灵敏同时检测。通过发展高载量、高识别效率的功能化光纤探针,结合生物亲和反应原理,多通道倏逝波全光纤生物传感器成为世界上首款可实现有机污染物、重金属、生物毒素、病原微生物等不同类型污染物快速灵敏检测的仪器。基于空间分辨效应,多通道倏逝波全光纤生物传感器成功用于环境样品中微囊藻毒素-LR、2,4-D、阿特拉津和双酚A等多种污染物的现场快速并行检测,检测灵敏度可满足饮用水安全标准,检测时间少于15min(Li et al., Anal. Chim. Acta; Long et al., Talanta 2020)。由于新冠病毒和流感病毒所造成的临床症状极其相似,为快速、灵敏区分SARS-CoV-2 和FluA感染者,基于该专利技术,建立了新冠病毒和流感病毒快速甄别检测技术,为精准医疗和疫情防控提供新的技术支撑(Yang et al., J. Med. Virol. 2022)。该仪器也成功应用于乳制品等食品中农药残留、抗生素、非法添加剂等风险污染物的现场即时检测,灵敏度和准确性与质谱测试结果相当,并以此制订河北省地方标准1项(食品金属包装内壁涂层中三聚氰胺和双酚A迁移量的测定,标准号为:DB13/T 5155-2019)。
参评专利产品已成功实现了产业化,检测指标的种类多于国外同类仪器(如美国International Research公司的RAPTOR仪),仪器的检出限优于国外同类仪器,传感元件重复检测次数是国外仪器的40倍以上,检测速度快,单个样品的检测成本约为国外仪器的15%,较国外同类仪器具有明显的优势。与国内同类技术相比,参评专利在检测指标与性能、成本价格、光学系统先进性等方面也具有显著优势。该仪器已在30余家企业、科研院所等单位得到应用,获得良好的经济效应和社会效益。参评专利产品相关成果获得2020年产学研合作创新奖。