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莲藕除了吃还能做纳米传感器?非常适用于生物检测

2024-03-07 16:13:09 综合报道 阅读:
暨南大学的研究团队从直径8厘米左右的莲藕片中,提取出直径只有3-5微米的莲藕丝微光纤。这种莲藕丝微光纤,不仅具有高生物相容性和极低的波导损耗,而且能在可见光范围内实现无源波导···

莲藕,是一种常见的食材,富含碳水化合物、膳食纤维、维生素和矿物质,有清热解毒、健脾开胃的功效。但你知道吗,莲藕还可以制造出一种具有光学传输和生物传感功能的微光纤,为医学诊断、环境监测和光学通信等领域带来新的可能。0Odednc

该成果来自于暨南大学的研究团队,他们从直径8厘米左右的莲藕片中,提取出直径只有3-5微米的莲藕丝微光纤。这种莲藕丝微光纤,不仅具有高生物相容性和极低的波导损耗,而且能在可见光范围内实现无源波导,即不需要外加电源就能传输光信号。同时,由于该光纤的直径较小,并且具备柔性微纤维的特性,故能用于极小探测区域的生物传感应用。0Odednc

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在现代生物物理学和生物医学中,持续监测生物体的生理病理状态非常重要,但目前大多数传统光纤仍然是基于玻璃、半导体或金属材料的,并不完全适合于生物相关的环境,容易受到折弯、弯曲或挤压等物理损坏。而且在与生物样本接触时,由于生物相容性较差,传统光纤容易对样本产生不良影响。同时,信号容易发生交叉干扰,导致传感灵敏度低。0Odednc

莲藕片作为一种纯天然材料,恰好可以解决上述问题,但其最大的难点在于加工,每个藕节内部都有许多莲藕丝纤维束,这些纤维束由果胶等成分包裹,呈螺旋状整齐排列,想要在微纳米尺度上实现莲藕丝纤维束的解螺旋和分离,需要精密的操作和创新的方法。0Odednc

在两年多的研究之后,研究团队终于成功地摸索出一种化学辅助物理分离的技术,具体步骤如下:0Odednc

  1. 反复使用强碱溶液和去离子水,使得莲藕丝纤维束中的每两根单丝微纤维得以自由状态。
  2. 借助两根熔融拉制的锥形光纤和双面胶,巧妙地将纤维束拉直,并在两端用双面胶固定。
  3. 将锥形光纤缓慢地穿插到莲藕丝束之间,再利用锥形光纤直径较大的部分施加横向力。
  4. 在光纤调节架的帮助之下,精确地控制横向力的方向和大小,最终获取了所需的单丝微纤维。
  5. 将抽取出来的莲藕丝束,在质量浓度为20g/L的氢氧化钠水溶液中浸泡两小时,然后利用光纤将莲藕丝转移到干净的玻片上,反复6次滴加去离子水,借此清除残留的氢氧化钠溶液。
  6. 利用精密度达到50纳米的光纤调节架,将莲藕丝微光纤分离出来,此时的莲藕丝微光纤具有螺旋式的结构。

处理后获得的莲藕丝微光纤呈现出一维柱形结构,长度大于600μm,直径为3μm-5μm,不仅直径均匀,而且表面光滑、光学缺陷也非常少。0Odednc

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在实验中研究人员发现,这种莲藕丝微光纤不仅能展现出固有的荧光效应,并能实现耦合光的波导效应,这些独特性质让单丝监测器可以成为具备多种传感功能的出色组件,从而能够用于pH值探测和细菌活性检测等。例如,他们利用莲藕丝微光纤的荧光强度随着溶液pH值的改变而发生可逆性变化的特点,设计了一款pH传感器,可以实现液体微环境中的酸碱度的检测。他们还利用莲藕丝微光纤的无源波导特性,设计了一款细菌传感器,可以实现细菌和细胞的凋亡过程中,酶促物质的检测。0Odednc

据悉,这种基于莲藕丝微光纤的光学传感技术,具有生物相容性高、环保低碳、成本低廉等优点,为光学器件、生物传感技术和环境监测等领域提供了新的思路和方向,未来通过进一步的研究和优化,有望推广至更多领域。0Odednc

责编:Ricardo
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