前言

在许多基于光纤的生物传感器中，能够最大化折射率灵敏度并因此提高检测极限的设备的工程设计通常是在损害信号稳定性、可重复性和信噪比的情况下实现的。作为验证其性能的示例性分析物，注意力集中在C-反应蛋白(CRP)上，该C-反应蛋白是涉及多种病理的相关生物标志物，已被广泛研究。它是一种同五聚体蛋白质，由五个多肽亚单位(每个23 kDa)组成，以环状非共价结合。健康高加索人血清中的CRP水平估计约为0.8微克/毫升；然而，许多因素可以改变这个值，如年龄、性别、吸烟状况、体重、血脂水平和血压。然后，CRP被认为是感染或炎症的血清生物标记物，在此期间，由于某些细菌感染，其浓度可高达1000倍。此外，持续高浓度的CRP，而不是其峰值，与心血管疾病和动脉粥样硬化有关。还对2型糖尿病、年龄相关性黄斑变性、出血性中风、阿尔茨海默病和帕金森病的CRP的临床意义进行了评估。最后，最近有证据表明，CRP水平可反映病的严重程度，并可用作监测此类疾病的关键指标。在这种疾病的框架下，其中涉及到不断增加的CRP浓度，拥有一个可靠的、负担得起的、敏感的CRP定量装置的重要性变得显而易见。

研究内容

目前，商业上可获得的用于CRP测量的光学系统是结合良好的酶联免疫吸附试验(ELISA)方法，其检出限达到约10皮克/毫升。2015年，据报道，一种涂有抗CRP抗体-氧化石墨烯复合物的蚀刻光纤布拉格光栅在血清中的检出限为0.01微克/毫升。目前只有少数论文报道了氧化石墨烯（GO）与LPG技术的融合。在此基础上，意大利的研究人员设计、研制并表征了一种具有W形折射率分布的光纤光栅，它能在全硅光纤中引起模式转换现象，从而改善光栅的光谱特性。光栅上涂有纳米薄层的氧化石墨烯，该氧化石墨烯具有共价固定捕获抗体的官能团(如羧基)。最后，使用临床相关的CRP浓度对所开发的系统进行血清中CRP的检测。

实验方法

这里，将少量片状石墨(平均粒径为5纳米，纯度为99.75%，美国阿斯伯里碳公司)在高浓度H2SO4，硝酸钠和高锰酸钾溶液中剧烈搅拌5天，用H2SO4 (5重量%)洗涤，随后用H2O2 (30重量%)溶液洗涤，以完成氧化。通过洗涤循环除去无机阴离子和其他杂质，包括离心、弃去上清液。对于氧化石墨烯层的制备，首先通过超声波处理将10毫克粉末悬浮在5毫升水中，然后以14，000转/分的速度离心以除去多层物质。最后，将去离子水稀释至2毫克/毫升。

基于液化石油气的光学传感器示意图。

整个实验装置和微流体系统的草图

逐渐增加注射特定目标分析物(CRP)浓度期间，LPG-A(橙色线)、LPG -B(蓝色线)和LPG -C(灰色线)的实时响应。

结论

研究人员提出了一种基于光纤的新型生物传感器，用于实时无标记检测血清中的C反应蛋白。它是基于一种非常规的LPG在W型双包层光纤制造的技术。该装置用于检测临床相关血清中的CRP浓度。在最佳情况下，获得了约0.15纳克/毫升的检出限，这是迄今为止关于光纤生物传感器文献中报道的最低值之一，并且该装置能够覆盖临床相关的大工作范围(1纳克/毫升–100微克/毫升)。最后，通过在相同的实验条件下进行独立测试，考虑了整个过程的可重复性和再现性，包括设备制造、测定方案和设备响应。考虑到所有涉及的变量，所取得的结果在生物传感方面可以被认为是非常显著的。

https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112747。