Nouvelles

Jan 18, 2024

Capteur de glucose à indice de réfraction à fibre optique conique ultrasensible

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4495 (2023) Citer cet article

1385 accès

1 Altmétrique

Détails des métriques

Les capteurs d'indice de réfraction (IR) sont d'un grand intérêt pour la biodétection optique sans étiquette. Un capteur RI à fibre optique conique (TOF) avec des diamètres de taille de l'ordre du micron peut améliorer considérablement la sensibilité du capteur en réduisant le volume de mode sur une longue distance. Ici, une méthode simple et rapide est utilisée pour fabriquer des capteurs d'indice de réfraction très sensibles basés sur la résonance plasmon de surface localisée (LSPR). Deux TOF (l = 5 mm) avec des diamètres de taille de 5 µm et 12 µm ont démontré une amélioration de la sensibilité à λ = 1559 nm pour la détection du glucose (5 à 45 % en poids) à température ambiante. La transmission de puissance optique a diminué avec l'augmentation de la concentration de glucose en raison de l'interaction de la lumière se propageant dans le champ évanescent avec les molécules de glucose. Le revêtement du TOF avec des nanoparticules d'or (AuNPs) en tant que couche active pour la détection du glucose a généré un LSPR grâce à l'interaction de l'onde évanescente avec des AuNPs déposés à la taille effilée. Les résultats ont indiqué que le TOF (Ø = 5 µm) présentait des performances de détection améliorées avec une sensibilité de 1265 %/RIU par rapport au TOF (Ø = 12 µm) à 560 %/RIU vis-à-vis du glucose. Les AuNPs ont été caractérisés à l'aide de la microscopie électronique à balayage et de la spectroscopie ultraviolette-visible. Le TOF décoré d'AuNPs (Ø = 12 µm) a démontré une sensibilité élevée de 2032 %/RIU envers le glucose. Le capteur TOF décoré d'AuNPs a montré une amélioration de la sensibilité de près de 4 fois par rapport au TOF (Ø = 12 µm) avec un RI allant de 1,328 à 1,393. Le TOF fabriqué a permis une détection ultrasensible du glucose avec une bonne stabilité et une réponse rapide qui peut conduire à des biocapteurs ultrasensibles de nouvelle génération pour des applications réelles, telles que le diagnostic de maladies.

L'un des plus grands défis de la médecine moderne est de développer des technologies rentables capables de diagnostiquer une maladie de manière rapide et précise et non affectées par les interférences électromagnétiques (EMI). Le capteur optique sans étiquette offre une approche prometteuse de la détection biochimique dans presque tous les environnements, y compris ceux avec EMI1,2,3. La plupart des événements de liaison, tels que l'hybridation de l'ADN, la reconnaissance anticorps-antigène, les réactions chimiques et les changements de concentration, entraînent généralement des changements dans l'environnement environnant du capteur optique et sont connus pour modifier l'indice de réfraction (IR) de l'environnement de détection. De plus, ce changement de RI peut refléter quantitativement la capacité de détection des biocapteurs. Par conséquent, la mesure des petits changements de RI qui peuvent résulter d'un processus biochimique est essentielle pour la détection de biomarqueurs4,5. Les capteurs RI à fibre optique sont caractérisés comme étant sans étiquette, avec une variété de configurations. Les capteurs RI à base de fibres les plus courants sont les structures de réseau de Bragg (FBG)6, les réseaux à longue période (LPG) formant un interféromètre Mach-Zehnder7, les micro-interféromètres basés sur la gravure chimique8, les fibres microstructurées9 et la fibre optique conique10.

Le matériau de la fibre optique est généralement de la silice, qui est non toxique, écologique et beaucoup plus résistante à la corrosion que la plupart des matériaux, ce qui en fait un bon candidat pour la détection dans des environnements difficiles. Les fibres optiques offrent une excellente polyvalence de détection où elles peuvent être décorées avec divers matériaux (polymères, nanomatériaux, etc.) ou simplement en changeant la configuration de la fibre (interféromètre, optrode, mode galerie de chuchotement, etc.). Récemment, les fibres optiques coniques (TOF) ont attiré une attention considérable en raison de leur facilité de fabrication et de leurs propriétés optiques améliorées11,12,13. TOF produit une intensité optique remarquablement élevée sur une longue distance, de plusieurs millimètres à quelques centimètres. La longue durée d'interaction et la haute intensité du TOF peuvent améliorer l'interaction lumière-matière, augmentant ainsi la sensibilité du capteur. Bien qu'il existe différentes approches pour fabriquer des TOF, comme illustré dans le tableau 1, la méthode de brossage à la flamme est la plus utilisée, dans laquelle une fibre optique en verre monomode ou multimode sans gaine est chauffée au centre de la fibre tout en étirant simultanément la fibre. aux deux extrémités pour produire une "taille" symétrique dans la fibre10. Il s'agit de l'approche la plus simple et la moins coûteuse pour fabriquer un TOF.

De plus, il a été démontré que les TOF contiennent moins de 100 photons à la fois dans la région d'interaction (effilée) en utilisant la spectroscopie non linéaire à très faible puissance14. Cette faible dose de rayonnement peut également réduire le risque d'endommagement de l'échantillon dans l'environnement de détection. Un autre avantage clé de l'utilisation de TOF est qu'ils sont très stables dans le temps et peuvent s'auto-nettoyer via un mouvement fluide15. Des systèmes TOF ont été rapportés pour la détection biochimique16,17,18,19,20,21,22,23. De plus, il a été rapporté que la fonctionnalisation des nanoparticules sur TOF améliore la propriété du capteur RI à base de fibre optique en créant une résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) qui engage les électrons dans les nanoparticules pour osciller le couplage à l'onde évanescente entraînant un changement significatif dans indice de réfraction24. Différents types de nanoparticules, telles que l'or et l'argent25,26, les nanoparticules magnétiques27,28, les nanoparticules à base de carbone29,30, les nanoparticules de latex31 et les nanoparticules à base de liposomes32 ont été signalés pour améliorer le signal de résonance plasmonique de surface pour la détection de l'analyte cible. Les AuNPs sont largement utilisés pour fonctionnaliser le TOF en raison de leur forte induction de résonance plasmonique de surface et de leur biocompatibilité. De plus, les AuNP sont stables et résistants à l'oxydation, ce qui les rend plus durables pour les applications à long terme. Lin et al.17 ont démontré un capteur TOF à résonance de surface localisée utilisant des AuNP. Un diamètre de taille de 48 μm et une longueur de 1,25 mm ont été obtenus puis décorés avec des AuNP. Une sensibilité de 380 %/RIU avec un RI allant de 1,333 à 1,403 a été rapportée. Tai et Wei33 ont démontré une sensibilité d'intensité allant jusqu'à 8 000 %/RIU en utilisant une pointe de fibre effilée pour améliorer davantage la sensibilité des capteurs à fibre optique grâce à la pointe nanométrique. Les capteurs d'indice de réfraction à fibre conique présentent une excellente sensibilité avec un temps de réponse rapide dans le changement local d'indice de réfraction en temps réel, ce qui présente un potentiel énorme pour la biodétection sans étiquette.

Les efforts de recherche avec des capteurs RI basés sur TOF ont abouti à des dispositifs avec une sensibilité et une reproductibilité variées. Pour surmonter cette limitation, cet article examine différents diamètres de taille conique avec une longue longueur de taille et le couplage des AuNPs à la région de taille conique pour exploiter le champ évanescent pour améliorer l'efficacité du couplage de la lumière et, par conséquent, la sensibilité. Deux capteurs TOF RI avec une longueur de taille plus étendue (l = 5 mm) et des diamètres de taille plus petits de 5 µm et 12 µm ont été fabriqués pour la détection du glucose. Le diamètre de la taille est essentiel pour améliorer la sensibilité du TOF. Le TOF (Ø = 5 µm) présente une capacité de détection du glucose nettement améliorée par rapport au TOF (Ø = 12 µm). Cependant, le TOF (Ø = 12 µm) peut être facilement fabriqué et est très durable. AuNPs ont été préparés et utilisés pour décorer la surface du TOF (Ø = 12 µm) pour l'amélioration de la sensibilité. Une puissance inférieure à 100 nW a été utilisée pour la détection RI du glucose. Cette détection de puissance ultra-basse a fourni des preuves expérimentales pour la détection sensible TOF RI à des longueurs d'onde plus longues (1559 nm) avec une sensibilité de 2032 %/RIU envers le glucose avec une plage RI linéaire de 1,328 à 1,393. Cela résulte des caractéristiques uniques des AuNPs, telles que leur absorption optique et leur surface spécifique, pour améliorer l'interaction lumière-matière. La détection à la plus grande longueur d'onde a montré une excellente sensibilité dans le LSPR tel que fabriqué et d'autres systèmes SPR rapportés34,35. Les capteurs TOF peuvent constituer des candidats prometteurs pour la surveillance non invasive du glucose dans les secteurs de la santé et des bioprocédés36,37,38,39.

La configuration expérimentale est illustrée à la Fig. 1. La région de détection TOF a été suspendue au-dessus du fond du canyon et entièrement immergée dans l'analyte cible. La lumière d'entrée (Thorlabs ASE-FL7002 White Light Test Source, 1530–1610 nm) s'est propagée à travers le TOF via un atténuateur optique et des contrôleurs de polarisation. La sortie lumineuse a été couplée à un analyseur de spectre optique (analyseur de spectre optique à transformée de Fourier Thorlabs OSA203C, 1,0 à 2,6 µm). Le TOF comprenait une région de transition avec un profil conique linéaire lisse et un petit diamètre de taille uniforme (Ø = 5 µm ou Ø = 12 µm). Une série de solutions aqueuses de glucose ont été préparées avec des rapports massiques allant de 0 à 45 % en poids. Le RI correspondant à 1559 nm a été obtenu.

Montage expérimental pour la détection du glucose.

La figure 2A montre le spectre d'absorption UV-Vis des AuNPs coiffés au citrate dans l'eau. Lors de la synthèse des AuNPs, le citrate réduit Au(III) en Au. Les AuNPs présentent un fort pic d'absorption à 524 nm. Le pic d'absorbance suggère que les AuNP ont une taille d'environ 24 à 33 nm et concordent avec les rapports antérieurs40,41,42. La figure 2B montre l'image de microscopie électronique à balayage (SEM) du capteur TOF NU et AuNPs-décoré TOF RI pour confirmer la chimisorption des AuNPs.

(A) Spectres UV-Vis des nanoparticules d'or synthétisées (AuNPs). (B) Microscopie électronique à balayage (SEM) de TOF nu et décoré de AuNPs.

L'analyse comparative des données de spectres optiques indique que les deux TOF avec des diamètres de taille de 5 µm (Fig. 3A) et 12 µm (Fig. 3B) confèrent la puissance de sortie du capteur RI. La réponse de puissance de sortie des TOF nus est observée dans la plage de longueurs d'onde du proche infrarouge (NIR) de 1520 à 1630 nm. Lors d'une exposition à diverses concentrations de glucose (5 à 45 % en poids), la réponse de puissance de sortie diminue avec l'augmentation des concentrations de glucose. La tendance observée est en accord avec les rapports précédents pour d'autres biomolécules40,41. Les spectres optiques ont été traités en intégrant la zone sous la courbe de puissance de sortie pour générer les courbes d'intensité de puissance normalisées correspondantes représentées sur les figures 3C, D. A la longueur d'onde maximale de 1559 nm, la diminution d'intensité peut être clairement observée pour chaque concentration de glucose. Aucun changement insignifiant n'a été observé dans les spectres après avoir changé la polarisation de la lumière. Cela indique que la détection TOF RI est insensible à la polarisation, ce qui la rend plus pratique43.

Spectres optiques de capteurs TOF nus dans différentes fractions massiques de solutions de glucose. (A) TOF (Ø = 5 μm de diamètre) et (B) TOF (Ø = 12 μm de diamètre). (C, D) Spectres d'intensité normalisés correspondants.

Le TOF avec un plus grand diamètre de taille présentait une meilleure fiabilité avec une sensibilité réduite. Par conséquent, pour améliorer la sensibilité, des AuNP ont été enduits à la surface de la taille de la fibre. D'après les spectres TOF décorés d'AuNPs (Ø = 12 µm) (Fig. 4A), on observe que la sortie initiale du capteur en glucose est élevée en raison du revêtement AuNPs. Ceci est attribué à la surface intrinsèquement élevée des AuNP et du LSPR, qui améliorent l'interaction des molécules de glucose avec la région de détection, modifiant ainsi considérablement le champ évanescent. La profondeur de pénétration du champ évanescent améliorée est modulée par le RI et permet une puissance de sortie plus intense que les TOF nus. Lorsque le RI diminue, la profondeur de pénétration des ondes évanescentes de surface diminue, ce qui entraîne une faible interaction entre le champ évanescent et les molécules de glucose et une faible puissance de sortie dans le spectre de détection. Les courbes d'intensité de puissance normalisées correspondantes sur la figure 4B montrent que le revêtement AuNPs améliore considérablement la sensibilité du capteur TOF RI et décrit en outre l'occurrence de l'interaction de la molécule de glucose avec la région de détection. La figure 5 montre la courbe d'étalonnage pour le TOF nu et les capteurs TOF décorés AuNPs. Le plus petit diamètre de taille TOF (Ø = 5 µm) présentait une sensibilité de 1265 %/RIU par rapport à celle de 560 %/RIU pour TOF (taille Ø = 12 µm) à λ = 1559 nm, comme le montre la Fig. 5A. La sensibilité plus élevée envers le glucose a été observée en raison des interactions de champ évanescent améliorées avec le glucose obtenues avec le TOF de plus petit diamètre de taille. La sensibilité d'intensité du capteur TOF est donnée par33 :

(A) Spectres optiques du capteur TOF décoré d'AuNPs (Ø = 12 μm de diamètre) dans différentes fractions massiques de solutions de glucose et (B) Spectres d'intensité normalisés correspondants.

(A) L'intensité de puissance change par rapport à l'indice de réfraction des TOF nus (rouge et bleu) et des AuNP décorés TOF à λ = 1559 nm. (B) Comparaison de la sensibilité des capteurs TOF RI.

Une sensibilité de 2032% RIU à λ = 1559 nm a été observée pour le TOF décoré d'AuNPs (Fig. 5A), ce qui représente une augmentation d'un facteur d'environ 4 par rapport au TOF nu. Les AuNPs génèrent un signal LSPR avec une sensibilité élevée pour détecter de légers changements dans la réaction. Cependant, le capteur TOF décoré d'AuNPs est saturé à 30 % en poids de glucose, dans lequel le pic à 1559 nm disparaît. Cela peut résulter de l'adsorption de molécules de glucose sur la région de détection. Dans l'ensemble, le TOF décoré d'AuNPs a généré des changements de puissance de sortie plus considérables que le TOF nu. L'amélioration de la sensibilité couvre une large gamme de spectre (1540–1610 nm) et est uniforme. De plus, les performances optiques du capteur TOF tel que fabriqué ont été comparées à d'autres capteurs RI à base de fibre optique testés dans divers analytes, comme résumé dans le tableau 2.

Lorsque le RI mesuré est passé de 1,32 à 1,40, le changement d'intensité lumineuse était plus important, ce qui indique que les AuNP peuvent produire une amélioration de la sensibilité des capteurs TOF RI. Les AuNP permettent également à davantage de zones de contact pour que les molécules de glucose interagissent à la surface du capteur. Une plage RI linéaire de 1,34–1,40 (r2 = 0,9254) a été observée pour le TOF (Ø = 12 µm), et une plage linéaire plus large de 1,32–1,40 (r2 = 0,9940) a été observée pour le TOF (Ø = 5 µm) . Une plage linéaire similaire de 1,328 à 1,393 (r2 = 0,9781) a été observée pour les TOF décorés des AuNP et correspond ou dépasse les capteurs RI à fibre optique récemment rapportés17,44. Une fibre hétérocœur présentait une sensibilité d'intensité de 57,2 %/RIU dans une plage de 1,334 à 1,377, et une fibre hétérocœur à base de nanofeuilles MXene a démontré une sensibilité de 510,1 %/RIU avec une plage de 1,334 à 1,37744. Par conséquent, le capteur TOF RI décoré d'AuNPs améliore le champ évanescent pour détecter le changement RI dans l'environnement de détection, ce qui rend le capteur idéal pour la détection du glucose. La figure 5B compare la sensibilité des capteurs TOF RI à 1559 nm et 1590 nm. Ces sensibilités uniformes indiquent que le capteur TOF RI décoré d'AuNPs est une bonne option pour la détection biochimique à 1559 nm et 1590 nm.

En résumé, nous avons décrit et démontré l'utilisation de TOF comme capteurs RI pour détecter diverses concentrations de glucose. À mesure que la concentration de glucose augmentait de 5 à 45 % en poids, l'intensité de la puissance de sortie du capteur diminuait en conséquence. De plus, la sensibilité du TOF nu est fortement liée à son diamètre et insensible à la polarisation de la lumière, ce qui est idéal pour les applications du monde réel. Le capteur TOF nu (Ø = 5 µm) a démontré de meilleures capacités de détection que le TOF nu (Ø = 12 µm). Nous avons atteint une sensibilité d'intensité de 1265 %/RIU sur la plage RI de 1,328 à 1,393. Lors de la décoration du TOF (Ø = 12 µm) avec des AuNP, la sensibilité du capteur a augmenté d'environ 4 fois, bien que la plage RI linéaire ait légèrement diminué. La sensibilité était de 2 032 %/RIU sur la plage d'IR de 1,328 à 1,379. Plus le diamètre de taille TOF était petit, plus le capteur était sensible aux changements de l'environnement biochimique. Et la décoration des AuNPs sur la surface du TOF a entraîné une amélioration de la sensibilité en raison du rapport surface/volume élevé permis par les AuNPs pour l'adsorption des biomolécules et la génération d'une résonance plasmon de surface localisée. La méthode de préparation TOF (Ø = 12 µm) est simple, robuste, reproductible et peut facilement être décorée avec des nanomatériaux pour améliorer la capacité de détection. Cependant, le capteur à fibre conique de la taille d'un micron est exceptionnellement fragile et sa résistance mécanique devra être améliorée pour les applications du monde réel. Les travaux futurs exploreront les moyens de conditionner le capteur TOF RI pour détecter les événements de bioreconnaissance dans les processus biochimiques.

Le TOF a été fabriqué par la méthode heat and pull45. En bref, le revêtement de fibre sur les deux extrémités et la partie médiane d'une fibre optique standard disponible dans le commerce (Thorlabs1060XP, fibre optique monomode, 980–1600 nm, extra-haute performance, gaine Ø125 µm, noyau Ø5,8 µm) a été soigneusement enlevé et nettoyé avec de l'acétone. Une flamme de mélange d'air propane a été placée sous la fibre nue, comme illustré à la Fig. 6. Les extrémités de la fibre nue ont été placées sur des supports de fibre (fibres Newport 125 µm, série 561) et tirées par deux étages linéaires Aerotech Pro115SL contrôlés par des contrôleurs A3200 pour atteindre une longueur de détection de 5 mm. La transmission de la fibre a été surveillée simultanément tout en tirant. Le TOF fabriqué a été monté dans un gabarit en téflon en forme de canyon sur mesure, et la région de détection a été nettoyée avec de l'acétone, suivie d'un rinçage à l'eau déminéralisée ultra pure (DI)13. Le canyon contient le liquide de détection (volume total = 2 ml).

Illustration schématique de la méthode de chaleur et de traction pour fabriquer la fibre optique conique.

Comme indiqué précédemment par Ma et al.40, les nanoparticules d'or ont été synthétisées à l'aide d'une méthode chimique, comme illustré à la Fig. 7. Toute la verrerie a été nettoyée avec de l'eau régale fraîchement préparée (HCl:HNO3, 3:1). La solution de précurseur a été préparée à l'aide de 0,01 g de chlorure d'or (III) trihydraté (HAuCl4·3H2O) dissous dans 100 ml d'eau DI (18,2 MΩ cm) et portée à ébullition sous agitation constante avec un agitateur magnétique sur une plaque chauffante. Immédiatement après l'ébullition, 3,2 ml à 1 % en poids de solution de citrate trisodique (Na3C6H5O7) ont été rapidement ajoutés et agités pendant 10 min. Le Na3C6H5O7 sert d'agent réducteur et de coiffage dans la synthèse des nanoparticules. La couleur de la solution est passée du jaune au vin rouge au cours de cette période, ce qui signifie la réduction rapide de l'or. La solution réactionnelle a été laissée refroidir à température ambiante. Les AuNPs obtenus ont été centrifugés et remis en suspension dans de l'eau DI et stockés à 4 ° C lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Les spectres UV-Vis des échantillons d'AuNPs ont été enregistrés par spectroscopie d'absorption UV-Vis (lecteur de microplaques Spectra Max M5, Molecular Devices, LLC.).

Synthèse de nanoparticules d'or (AuNPs) par la méthode de réduction du citrate de sodium.

Par la suite, la fibre TOF a été fonctionnalisée par la méthode du processus de salinisation47. La région de détection du TOF a été nettoyée avec de l'acétone, suivie d'un rinçage à l'eau DI. Après séchage, la région de détection a été immergée dans une solution de piranha fraîchement préparée (H2SO4:H2O2, 3:1) pendant 30 min et soigneusement rincée avec de l'eau DI avant séchage à 90 °C pendant 30 min. Après séchage, le TOF a été traité avec une solution à 1 % (v/v) de 3-aminopropyltriéthoxysilane (APTES) dans de l'éthanol pendant 24 h à température ambiante. Le TOF fonctionnalisé APTES a été rincé avec de l'éthanol, suivi d'un rinçage à l'eau DI pour éliminer tout APTES non lié, et séché à l'air. Le TOF fonctionnalisé a été incubé dans 2 ml de la solution AuNPs synthétisée pendant 8 h à température ambiante pour former un revêtement d'AuNPs sur la région de détection TOF. Le TOF décoré d'AuNPs a été rincé avec de l'eau DI et utilisé pour la détection RI. L'utilisation d'un organosilane se traduit par une monocouche très robuste d'intégration de nanoparticules métalliques sur la fibre optique effilée basée sur la chimisorption des nanoparticules48.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Lai, M. & Slaughter, G. Biocapteurs optiques à microARN sans étiquette. Nanomatériaux 9(11), 1573 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Andryukov, BG, Besednova, NN, Romashko, RV, Zaporozhets, TS & Efimov, TA Biocapteurs sans étiquette pour le diagnostic des infections en laboratoire : Réalisations actuelles et nouvelles tendances. Biocapteurs 10(2), 11 (2020).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Armani, AM, Kulkarni, RP, Fraser, SE, Flagan, RC et Vahala, KJ Détection d'une seule molécule sans étiquette avec des microcavités optiques. Sciences 317(5839), 783–787 (2007).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Tazawa, H., Kanie, T. & Katayama, M. Capteur d'indice de réfraction basé sur un coupleur à fibre optique et son application à la biodétection. Appl. Phys. Lett. 91(11), 113901 (2007).

Annonces d'article Google Scholar

Homola, J. Capteurs de résonance plasmonique de surface pour la détection d'espèces chimiques et biologiques. Chim. Rév. 108(2), 462–493 (2008).

Article CAS PubMed Google Scholar

Ahlfeldt, AASSH & Edwall, BSRSG Réfractomètre à réseau de Bragg à fibre optique. Fibre Intégr. Opter. 17(1), 51–62 (1998).

Article Google Scholar

Vengsarkar, AM et al. Réseaux de fibres à longue période comme filtres à réjection de bande. J. Lightwave Technol. 14(1), 58–65 (1996).

Annonces d'article Google Scholar

Gong, Y., Guo, Y., Rao, YJ, Zhao, T. & Wu, Y. Capteur Fabry – Pérot à fibre optique basé sur l'effet de focalisation périodique des fibres multimodes à gradient d'indice. IEEE Photon. Technol. Lett. 22(23), 1708-1710 (2010).

Annonces d'article Google Scholar

Ran, ZL, Rao, YJ, Liu, WJ, Liao, X. & Chiang, KS Capteur de pointe à fibre optique Fabry – Perot micro-usiné au laser pour une mesure haute résolution indépendante de la température de l'indice de réfraction. Opter. Express 16(3), 2252–2263 (2008).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Deverall, JE, Chesnoy, DJ & Payne, DN Coupleurs directionnels à fibre optique monomode conique. J. Light Wave Technol. 10, 639–643 (1992).

Google Scholar

Tong, L., Zi, F., Guo, X. & Lou, J. Microfibres et nanofibres optiques : tutoriel. Opter. Commun. 285(23), 4641–4647 (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Liyanage, T., Lai, M. & Slaughter, G. Biocapteur plasmonique à fibre optique conique sans étiquette. Anal. Chim. Acta 1169, 338629 (2021).

Article CAS PubMed Google Scholar

Liyanage, T., Alharbi, B., Quan, L., Esquela-Kerscher, A. & Slaughter, G. Biocapteur à base plasmonique pour le diagnostic précoce du cancer de la prostate. ACS Oméga 7(2), 2411–2418 (2022).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hendrickson, SM, Lai, MM, Pittman, TB & Franson, JD Observation de l'absorption à deux photons à de faibles niveaux de puissance à l'aide de fibres optiques effilées dans la vapeur de rubidium. Phys. Rév. Lett. 105(17), 173602 (2010).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Irigoyen, M., Sánchez-Martin, JA, Bernabeu, E. & Zamora, A. Capteur à fibre optique conique pour la détection de polluants chimiques dans l'eau de mer. Mes. Sci. Technol. 28(4), 045802 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

King, BJ, Idehenre, I., Powers, PE, Haus, JW et Hansen, KM Plate-forme de biodétection avec microfibres optiques effilées : nouveaux résultats. Dans Frontiers in Biological Detection: From Nanosensors to Systems VI, vol. 8933, 16–22. (SPIE, 2014).

Lin, HY, Huang, CH, Cheng, GL, Chen, NK & Chui, HC Capteur à fibre optique conique basé sur la résonance plasmon de surface localisée. Opter. Express 20(19), 21693–21701 (2012).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Kumar, S. et al. Biocapteur de cholestérol à base de LSPR utilisant une structure de fibre optique effilée. Biomédical. Opter. Express 10(5), 2150–2160 (2019).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wieduwilt, T. et al. Nanoprismes d'argent renforcés d'or sur des cônes de fibre optique - Une nouvelle base pour une détection de haute précision. Photon APL. 1(6), 066102 (2016).

Annonces d'article Google Scholar

Kim, HM, Park, JH & Lee, SK Capteur à fibre optique basé sur des nanofils de ZnO décorés par des nanoparticules d'Au pour un biocapteur plasmonique amélioré. Sci. Rep. 9(1), 1–9 (2019).

Google Scholar

Korposh, S., James, SW, Lee, SW & Tatam, RP Capteurs à fibre optique conique : tendances actuelles et perspectives d'avenir. Capteurs 19(10), 2294 (2019).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rodríguez-Schwendtner, E., González-Cano, A., Díaz-Herrera, N., Navarrete, MC & Esteban, Ó. Traitement du signal dans les capteurs à fibre SPR : quelques remarques et une nouvelle méthode. Sens. Actuators B Chem. 268, 150–156 (2018).

Article Google Scholar

Zhu, G. et al. Biocapteur LSPR à base de fibre optique effilée pour la détection de l'acide ascorbique. Photon. Sens. 11, 418–434 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Chen, C. & Wang, J. Biocapteurs optiques : Une revue exhaustive et complète. Analyste 145(5), 1605–1628 (2020).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Cathcart, N., Chen, JI & Kitaev, V. Réglage LSPR de 470 à 800 nm et amélioration de la stabilité des nanoparticules Au – Ag formées par dépôt d'or et reconstruction en présence de poly (styrènesulfonate). Langmuir 34(2), 612–621 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Jia, S., Bian, C., Sun, J., Tong, J. & Xia, S. Un capteur à fibre optique à résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) modulée en longueur d'onde pour la détection sensible de l'ion mercure (II) par des nanoparticules d'or -Conjugués d'ADN. Biosens. Bioélectron. 114, 15-21 (2018).

Article CAS PubMed Google Scholar

Hobbs, K., Cathcart, N. & Kitaev, V. Nanoparticules d'argent plaquées or conçues pour une détection plasmonique sensible amplifiée par des changements morphologiques. Chim. Commun. 52(63), 9785–9788 (2016).

Article CAS Google Scholar

Liu, X. et al. Immunocapteur à résonance plasmonique de surface pour une détection rapide, hautement sensible et in situ de la Salmonella enteritidis enrichie en nanoparticules magnétiques. Sens. Actionneurs B Chem. 230, 191-198 (2016).

Article CAS Google Scholar

Jia, Y. et al. Capteur de résonance plasmon de surface amélioré par nanoparticules magnétiques pour l'analyse de l'estradiol. Sens. Actionneurs B Chem. 254, 629–635 (2018).

Article CAS Google Scholar

Zhang, H. et al. Un nouveau biocapteur à résonance plasmonique de surface à base d'oxyde de graphène pour immunodosage. Petit 9(15), 2537-2540 (2013).

Article CAS PubMed Google Scholar

Lee, EG et al. Amélioration assistée par des nanotubes de carbone du signal de résonance plasmonique de surface. Anal. Biochimie. 408(2), 206–211 (2011).

Article CAS PubMed Google Scholar

Severs, AH & Schasfoort, RBM Test d'inhibition de la résonance plasmonique de surface améliorée (ESPRIT) utilisant des particules de latex. Biosens. Bioélectron. 8(7–8), 365–370 (1993).

Article CAS Google Scholar

Tai, YH & Wei, PK Capteurs d'indice de réfraction liquide sensibles utilisant des pointes de fibre optique effilées. Opter. Lett. 35(7), 944–946 (2010).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Chen, S., Liu, Y., Yu, Q. et Peng, W. Biodétection SPR à auto-référence avec une limite de détection ultra-basse utilisant une excitation à longue longueur d'onde. Sens. Actionneurs B Chem. 327, 128935 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Homola, J. Sur la sensibilité des capteurs de résonance plasmonique de surface avec interrogation spectrale. Sens. Actionneurs B Chem. 41(1–3), 207–211 (1997).

Article CAS Google Scholar

Cano Perez, JL et al. Capteurs à fibre optique : une revue pour la mesure du glucose. Biocapteurs 11(3), 61 (2021).

Article PubMed PubMed Central Google Scholar

Novais, S., Ferreira, CI, Ferreira, MS & Pinto, JL Capteur à pointe de fibre optique pour la mesure de solutions aqueuses de glucose. IEEE Photon. J. 10(5), 1–9 (2018).

Article Google Scholar

Fang, YL, Wang, CT & Chiang, CC Un petit capteur à fibre optique d'interférence induite par la flexion en forme de U pour la mesure des solutions de glucose. Capteurs 16(9), 1460 (2016).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Birks, TA & Li, YW La forme des fibres se rétrécit. J. Lightwave Technol. 10(4), 432–438 (1992).

Annonces d'article Google Scholar

Ma, Y. et al. Stratégie de détection colorimétrique pour le mercure (II) et la mélamine utilisant des nanoparticules d'or modifiées par la cystéamine. Analyste 138(18), 5338–5343 (2013).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Haiss, W., Thanh, NT, Aveyard, J. & Fernig, DG Détermination de la taille et de la concentration des nanoparticules d'or à partir des spectres UV-Vis. Anal. Chim. 79(11), 4215–4221 (2007).

Article CAS PubMed Google Scholar

He, YQ, Liu, SP, Kong, L. & Liu, ZF Une étude sur les tailles et les concentrations de nanoparticules d'or par spectres d'absorption, diffusion Rayleigh par résonance et diffusion non linéaire par résonance. Spectrochim. Acta Partie A Mol. Biomol. Spectrosc. 61(13–14), 2861–2866 (2005).

Annonces d'article Google Scholar

Shen, Z. & Du, M. Système de détection d'indice de réfraction haute performance basé sur plusieurs résonances Fano dans une métasurface insensible à la polarisation avec des nano-anneaux. Opter. Express 29(18), 28287–28296 (2021).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Chen, Y. et al. Capteurs d'indice de réfraction à base de fibres Ti3C2Tx MXene. ACS Appl. Nano-matière. 3(1), 303–311 (2020).

Article CAS Google Scholar

Chen, KC, Li, YL, Wu, CW & Chiang, CC Capteur de glucose utilisant une sonde à fibre optique en forme de U avec des nanoparticules d'or et de la glucose oxydase. Capteurs 18(4), 1217 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shao, Y., Xu, S., Zheng, X., Wang, Y. & Xu, W. Biocapteur LSPR à fibre optique préparé par assemblage de nanoparticules d'or sur une multicouche de polyélectrolyte. Capteurs 10(4), 3585–3596 (2010).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kyaw, HH, Al-Harthi, SH, Sellai, A. & Dutta, J. Auto-organisation de nanoparticules d'or sur des surfaces silanées. Beilstein J. Nanotechnol. 6(1), 2345–2353 (2015).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pisco, M. & Cusano, A. Technologie Lab-on-fiber : une feuille de route vers des plates-formes plug-and-play multifonctionnelles. Capteurs 20(17), 4705 (2020).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Télécharger les références

La recherche présentée dans cet article a été soutenue par le National Science Foundation Award 1921363 et 1921364. Les auteurs remercient le personnel de Micron-NSU Nanofabrication Cleanroom et le Dr Sangram Pradhan et le Dr Messaoud Bahoura au Marie V. McDemmond Center for Applied Research (MCAR ) pour leur aide à la caractérisation des matériaux.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Erem Ujah et Meimei Lai.

Centre de bioélectronique, Université Old Dominion, Norfolk, VA, 23508, États-Unis

Massacre d'Erem Ujah, Meimei Lai et Gymama

Département de génie électrique et informatique, Université Old Dominion, Norfolk, VA, 23508, États-Unis

Massacre d'Erem Ujah et de Gymama

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

GS et ML ont conçu l'idée; ML et EU ont fabriqué les fibres optiques coniques, effectué les expériences optiques, collecté les résultats ; ML, EU et GS ont participé à l'analyse des données et rédigé le manuscrit. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Gymama Slaughter.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Ujah, E., Lai, M. & Slaughter, G. Capteur de glucose à indice de réfraction à fibre optique conique ultrasensible. Sci Rep 13, 4495 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31127-4

Télécharger la citation

Reçu : 26 janvier 2023

Accepté : 07 mars 2023

Publié: 18 mars 2023

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

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.