中文摘要：

采用纳米光子学技术进行单分子探测（SMD）是国际上光子学、生物学和医学的前沿课题。近年，A.M. Armani等人在 提出了利用耳语回廊模基微腔实现无标记SMD，引起了国内外科学界的重视。光在微腔内循环振荡对目标分子取样多次，解决了探测的特异性和灵敏度等关键问题。但微型环芯等结构的微腔需要通过复杂的光刻技术制作，价格昂贵，灵敏度亦有待进一步提高。微纳光纤（MNF）制备简单、机械性能良好、损耗低，具有较大的倏逝场，对环境变化响应快，是实现传感的最佳途径之一。本项目立题于国际研究前沿，并依据项目组在微纳光子学和生物学研究的良好基础，发展一种高特异性、高灵敏度的聚合物多环微腔传感器并应用于无标记生物SMD。根据研究目标，在传感器表面功能化修饰生物识别分子，对传感特性进行研究，阐明SMD的机制；并结合微流体芯片纯化技术，探测血液中的肿瘤胚胎性抗原分子，为癌症的早期诊断提供参考。

结论摘要：

在本基金的资助下，主要进行了以下三方面的研究。第一、建立了微纳米光热波导光流控芯片，研究了光热波导控制的微流体运动及其微泡的产生和操控。1、利用氧化石墨烯（GO）光热波导产生的光流旋涡阵列可以实现高通量多功能操控，同时实现光镊、马达和自组装功能，具有损耗低、激发功率低的优点。2、研究了微纳米光纤在液体中传输特性以及GO的光热转换性能，成功组装了GO包裹的微纳米光纤（OMNF）基微加热器。基于GO的光热效应，当微加热器浸入液体时，产生热量促使液体产生剧烈相变，在GO沉积表面产生各种微泡。3、基于GO-OMNF基微加热器周围的温度梯度场、流场特性，对光热近椭圆形微泡的动力学特性进行了研究。基于异相成核理论，一系列近椭圆形微泡在光滑的OMNF产生。从理论和实验上研究了微泡的其他动力学特性，如连续生长、向着热源方向定向运动和融合。该微纳米光热波导光流控芯片装置具有简单、快速、成本低廉的优点，可用于富集生物细胞、生物分子、重金属等，起到放大探测信号的作用，可进一步用于传感、病毒检测、生物芯片、血液中肿瘤标志物检测等领域，从而开拓一种新的检测手段。二、基于GO的核酸/蛋白质恒温扩增荧光检测平台的建立和应用。结合最新发展的新型纳米材料——GO、核酸等温扩增技术和荧光检测方法，以肿瘤标志物——thrombin蛋白质为例，发展了一种基于GO的核酸/蛋白质恒温扩增荧光检测新平台，可进一步应用于肿瘤早期诊断、病原菌检测等领域。三，建立了OMNF传感平台，搭建了湿度发生器，对GO-OMNF的湿度传感特性进行了研究，为下一步进行生物传感打下了基础。在未来的研究中，我们将依据现有的研究基础，利用光流控技术在微纳米波导表面修饰生物分子，结合恒温扩增荧光检测平台，继续开展高灵敏度的生物分子检测技术，并将其应用到病毒、血液中肿瘤标志物等检测，为疾病的早期诊断提供参考。