近日，我院光纤传感器与应用技术研究所以“Bimodal optical fiber biosensor with high anti-interference based on two-photon polymerization 3D nano fabrication（基于双光子聚合3D纳米制造的高抗干扰双模光纤生物传感器）”为题，在国际著名期刊《Biosensors and Bioelectronics》（中科院一区Top、IF：10.5）上发表论文，其中赵勇教授为论文通讯作者、博士生宫鹏启为论文第一作者，东北大学为论文第一完成单位。

光纤传感技术凭借电绝缘、抗电磁干扰、低功耗、生物相容性好等优势，成为仪器科学、光学工程与生物医学交叉领域的核心技术，广泛应用于海洋现场监测、结构健康检测、生物标志物定量分析等场景。然而，当前光纤生物传感平台普遍存在抗本体折射率（BRI）干扰能力不足的问题：生物检测样本成分复杂，背景介质折射率变化会与目标分析物引发的表面折射率（SRI）变化叠加，导致检测信号失真，这一难题在实际原位实时监测中尤为突出，严重制约了检测精度。

针对这一关键技术瓶颈，研究团队创新性地将双光子聚合3D纳米打印技术与光纤传感技术融合，构建了微纳双模光纤传感体系，实现了对环境BRI干扰和目标分析物SRI变化的同步区分与精准检测。该传感器以少模光纤为基底，通过3D打印技术在光纤端面制备出微锥形波导与开放谐振腔结构，在微米尺度空间内同时激发表面等离子体共振（SPR）和法布里-珀罗干涉（FPI）两种光学效应：其中SPR效应依托表面生物功能化实现对目标生物分子的SRI精准检测，FPI效应则通过谐振腔光程折射率调制机制完成对环境BRI的监测，二者形成功能互补的双模检测体系。同时，团队配套设计了压力驱动微流控芯片，将检测所需样本体积降至5 μL，大幅提升了检测的便捷性与经济性。为实现传感器性能最优化，团队通过有限差分时域（FDTD）仿真与系统实验，对微锥形波导的基底半径、尖端半径、腔长等关键结构参数进行了精准调控，确定了78.7°波导锥角、10μm最优腔长等核心参数，实现了SPR与FPI效应的协同增强。性能表征实验表明，该传感器在BRI检测中表现出优异性能，FPI模式检测限低至4×10⁻⁴RIU，品质因数较SPR模式提升2.92倍；在以DNA杂交为模型的SRI检测中，传感器对互补DNA的检测限达1.2 nM，SPR模式检测灵敏度为0.821 nm/nM，具备良好的线性响应特性。

与现有研究相比，该成果首次将双模信号解耦策略应用于光纤生物传感器的抗BRI干扰检测，填补了复杂体系中精准定量检测的技术空白，其构建的技术平台还可通过更换敏感材料，拓展至蛋白质、小分子物质等多种生物分析物的检测，在临床诊断、环境监测、食品安全等领域具有广阔的应用前景。同时，双光子聚合3D纳米制造技术的应用，为多原理光纤传感器的微型化、集成化研发提供了全新路径，有力推动了“Lab in fiber”技术的发展。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566325008280?pes=vor&utm_source=clarivate&getft_integrator=clarivate

（编辑：周宣任 审核：陈茂庆）