客户成就 |Nanoscribe微纳加工技术助力SERS非标记细菌检测研发

据世界卫生组织（WHO）称，抗生素耐药性现在是对全 球健康、食品安全和发展的最 大威胁之一。细菌对抗生素产生免疫力是自然的进化结果，同时由于滥用抗生素的情况进一步加速了这一过程。为了更精确地治 疗感染，对感染区域进行原位表征测试是一种理想的手段，因为这样就可以对该病原体使用特定的治 疗手段。考虑到这一点，伦敦帝国理工学院的科研人员利用Nanoscribe的微纳加工技术，开发了一种新型光纤拉曼光谱传感器，用于无标记细菌检测。

镀金的光纤SERS探针。探针上显示的绿色是微纳结构表面出现的的衍射现象。

图片来自于J. A. Kim, Imperial College London

抗生素的发明无疑是现代医学的最 伟大里程碑之一，它破除了许多人对结核病或肺炎等传染病的恐惧。然而，与细菌感染的斗争再次成为医学和生物学专家的焦点。由于大量使用甚至滥用抗生素，细菌对抗生素的抗药性越来越强，即使是轻微的感染也会再次威胁到生命。为了应对这种情况，只有在必要时并根据各自的疾病种类才应使用正确的抗生素。

伦敦帝国理工学院的科学家们正在通过开发一种光纤传感器，这种光纤传感器主要是用于非标记检测和原位表征方法来检测细菌，为这一全 球性挑战做出贡献。这种基于表面增强拉曼光谱（SERS）的小型化光纤传感器是同类产品中的第 一个，有可能被集成到医疗内窥镜中，用于对发炎组织进行分析。

拉曼光谱是针对于有机组织和生物组织的一种强大的分析技术，可以根据样品的个别光谱指纹对其进行定性，如细菌。拉曼散射的固有弱点可以通过金属化的微纳结构表面得到加强，从而创造出与样品相互作用的信号热点。在他们的研究中，科学家们使用双光子聚合技术（2PP）在光纤的表面3D打印了这些微纳结构，然后添加上一层薄薄的镀金涂层。在SERS测量中，激光被耦合到光纤中并激发光纤探针的微纳结构表面的信号热点。在与分析物的相互作用中，SERS信号就可产生并被光纤传感器收集。

图片来自于J. A. Kim, Imperial College London

更快的原型设计和更短的设计迭代周期

在第 一个设计研究中，科学家们分析了使用Nanoscribe公司的2PP技术在平面玻璃基底上打印的各种微纳图案的SERS效果。一个六边形排列的单象素阵列在这里被证明是最 有效的样品。通过快速的设计迭代，研究人员进一步优化了阵列中各个体素之间的间隔距离，并制造出了间隔距离只有400纳米的样品，虽然这对基于2PP的微纳加工来说具有挑战性，但事实上仍然可行。

第二个被证明对SERS测量有效的设计是一个微钉阵列，它引导并集中了顶端的信号热点。特别是在光纤上的打印，这种设计与单体阵列相比显示出更高的机械稳定性，并被进一步研究用于大肠杆菌的检测。

对于最 终的光纤SERS探针，研究人员将优化的微纳结构直接打印在光纤的表面上，并通过检测未被标记的大肠杆菌来证明其分析能力。

用于光学传感器直接打印在光纤上的微纳结构，该传感器利用表面增强拉曼光谱的原理来检测细菌。

图片来自于J. A. Kim，Imperial College London

Nanoscribe使用倾斜补偿和对准方案来解决在光纤打印上遇到的问题

对于光纤上打印的SERS探针，研究人员必须克服几个制造上的挑战。首先，他们设计了一个定制的光纤支架，可以在光纤的切面上打印。然后，打印的物体必须与光纤的核心部分完全对齐，以激发制造的拉曼热点。剩下的一个挑战，特别是对于像单体阵列这样的丝状结构，是对可能倾斜的基材表面的补偿。光纤倾斜的基材表面导致SERS活性微结构的产量很低。 

为了推动光学领域的创新以及在医疗设备的应用和光学传感的发展，例如光纤SERS探头，Nanoscribe最 近推出了最 新的3D打印系统Quantum X align。凭借其专有的在光纤上的打印设置和在所有空间方向上的倾斜校正，新的3D打印系统可能已经为在光纤上打印SERS探针的挑战提供了答案，并为进一步改进和新的创新奠定了基础。

Quantum X align

科研团队：伦敦帝国理工学院

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网址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201901934