細(xì)菌、病毒、真菌等與生命健康相關(guān)。臨床常用的細(xì)菌檢測方法是平板計數(shù)法，需要將菌液培養(yǎng)1-2天，操作繁瑣，費(fèi)時費(fèi)力，亟待發(fā)展快速靈敏的細(xì)菌檢測新方法，這是納米生物檢測領(lǐng)域的重要目標(biāo)之一。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組在納米光子結(jié)構(gòu)的印刷制備、光學(xué)性質(zhì)調(diào)控、機(jī)理研究和生物檢測應(yīng)用等方面取得了系列進(jìn)展(angew. chem. int. ed., 2021, 60, 24234；chem. rev., 2022, 122, 5, 5144–5164；matter, 2022, 5, 1865-1876；adv. mater. interfaces, 2022, 9, 2102164；sci. bull., 2022, 67 , 1191–1193；acs nano, 2022, 16, 10, 16563–16573)。科研人員利用綠色印刷技術(shù)精確地控制納米光子結(jié)構(gòu)的組裝過程，通過周期性地排列結(jié)構(gòu)單元實(shí)現(xiàn)了顯著的光子共振增強(qiáng)效應(yīng)，為超靈敏可視化檢測生物標(biāo)志物提供了新途徑。
近日，該課題組將一維納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)信號放大作用與蒸發(fā)過程中毛細(xì)力驅(qū)動的顆粒預(yù)富集相結(jié)合，設(shè)計出快速超靈敏的微生物檢測芯片。研究以聚苯乙烯微球懸浮液為墨水，在基底上印刷制備了大面積的一維納米光子結(jié)構(gòu)，并利用聚苯乙烯微球表面大量的羧基高效偶聯(lián)抗體，特異性地識別待檢測樣本中的致病菌。研究發(fā)現(xiàn)，將毛細(xì)力誘導(dǎo)的咖啡環(huán)效應(yīng)引入微生物檢測，可在基底上對目標(biāo)病原體進(jìn)行預(yù)富集，提高檢測效率。除了捕獲細(xì)菌，納米光子結(jié)構(gòu)還具有強(qiáng)的光場局域能力，可顯著增強(qiáng)細(xì)菌的散射光信號，提高檢測靈敏度，能夠在單細(xì)胞水平上對其物理特征如生理環(huán)境、活性、繁殖狀態(tài)進(jìn)行可視化分析。進(jìn)一步，研究實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測水、血清、尿液以及蔬菜等樣本中的細(xì)菌情況。這種生物檢測芯片制備簡單、成本低，能夠結(jié)合普通的商業(yè)顯微鏡或者手機(jī)直接獲取檢測結(jié)果，在醫(yī)療診斷、食品安全、環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
相關(guān)研究成果發(fā)表在advanced materials上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部、中科院和北京市的支持。
基于一維納米光子結(jié)構(gòu)生物芯片快速、超靈敏檢測細(xì)菌感染