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荧光成像系统助力新型OPECT光电晶体管生物传感器开发

来源: ScienceDirect发布于: 2025-11-24查看原文 →

研究挑战

如何精确、可靠地测量并验证有机荧光染料(罗丹明B)在传感反应中的荧光强度变化?这是确认新型OPECT生物传感器工作原理和评估其性能的核心技术瓶颈。

解决方案

研究团队采用高灵敏度的荧光成像与光谱分析技术,直接观测并定量分析了罗丹明B在与过氧化氢(由胆固醇氧化酶催化产生)反应前后的荧光猝灭过程。这一关键步骤验证了传感器的信号响应机制。

核心成果

  • 成功构建了一种用于超灵敏检测胆固醇氧化酶(ChOx)的新型OPECT生物传感平台,检测限低至 6.53 × 10⁻¹⁰ U mL⁻¹。
  • 首次证实了罗丹明B对ZnIn2S4半导体的光电敏化效应,并将其成功应用于OPECT生物检测,为有机荧光染料在光电器件领域的应用开辟了新路径。
  • 通过在人血清样本中的测试,验证了该活体成像系统辅助建立的传感平台具有优异的选择性和稳定性,展现了其在复杂生物样品实际检测中的巨大潜力。

研究背景:探索光电晶体管生物传感新前沿

有机光电化学晶体管(OPECT)作为一种新兴的生物传感技术,因其信号放大能力强、灵敏度高等优点,在生物医学检测和环境监测领域备受关注。开发新型、高效的门控电极材料与传感机制是推动该技术发展的核心。近日,来自青岛大学、台州学院等单位的研究人员巧妙地将经典的有机荧光染料罗丹明B(RhB)与ZnIn2S4半导体相结合,构建了一种新型的光敏门控电极,成功开发出一种用于超灵敏检测胆固醇氧化酶(ChOx)的生物传感器。

罗丹明B敏化的OPECT生物传感器工作原理解析图
罗丹明B敏化的OPECT生物传感器工作原理解析图

核心挑战:如何“看见”传感反应的瞬间变化?

该传感器的核心原理是:胆固醇氧化酶(ChOx)催化底物产生过氧化氢(H2O2),H2O2在特定条件下引发反应,导致罗丹明B的荧光发生“猝灭”。这种荧光信号的“开-关”变化,直接影响其对半导体的敏化能力,最终转化为晶体管电流的显著改变。因此,能否精确地捕捉并量化这一荧光猝灭过程,是验证整个传感链路是否成立、评估传感器性能的关键。这需要一台具备高灵敏度和精确光谱分析能力的成像设备。

技术路径解析与科辰星飞活体成像系统解决方案

面对挑战,研究团队选择了理想的解决方案。正如论文“实验”部分所述,研究人员使用“LumiFluor Plant SL Ⅱ In Vivo Imaging System (Koreshine Faye (Beijing) Technology Co., Ltd., China)”来完成荧光光谱的测量。这款高性能的植物活体成像系统,凭借其高灵敏度CCD相机和精细的光谱分离能力,完美胜任了对罗丹明B微弱荧光信号变化的捕捉任务。它不仅能直观地呈现荧光“有”或“无”的图像,更能提供精确的荧光发射光谱数据,为传感机制的验证提供了无可辩驳的证据。

使用 LumiFluor Plant SL Ⅱ 植物活体成像系统 复现实验核心步骤

  • **1. 样品准备与放置:** 配制罗丹明B(RhB)溶液、含有碘化钾和酸的RhB混合液(RhBM),以及与过氧化氢反应后的RhBM溶液,分别置于石英比色皿中,放入成像系统的暗箱样品台上。
  • **2. 参数设置:** 在软件中选择合适的激发光源(例如,激发波长接近554nm的滤光片),并设定发射光谱的采集范围,覆盖罗丹明B的荧光发射峰(约580nm附近)。
  • **3. 图像与光谱采集:** 依次对三组样品进行荧光成像和发射光谱扫描。系统将自动采集高信噪比的荧光图像和精确的光谱曲线。
  • **4. 数据分析:** 利用系统自带的分析软件,圈定感兴趣区域(ROI),直接读取并导出各组样品的平均荧光强度值和光谱数据,进行定量比较,即可清晰地复现荧光猝灭现象。
使用荧光成像系统观测到的H2O2诱导的罗丹明B荧光猝灭效应
使用荧光成像系统观测到的H2O2诱导的罗丹明B荧光猝灭效应

关键成果与意义

这项研究巧妙地利用了有机荧光染料敏化半导体的特性,并将其与生物分子结合,用于创新的OPECT调控和利用。该平台可作为先进有机荧光染料与半导体材料结合以门控电子生物器件的联合基础。

总而言之,这项发表于国际权威期刊的研究,不仅为高灵敏生物检测提供了创新的解决方案,也再次证明了先进的活体成像系统在基础科研中的关键支撑作用。科辰星飞的LumiFluor系列荧光成像系统,凭借其卓越的性能和稳定性,正成为越来越多顶尖科研团队值得信赖的合作伙伴,助力他们在科学探索的道路上看得更清、走得更远。

实现同等级别研究的解决方案

本案例中提及的关键技术可通过以下 科辰星飞 产品实现

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