基于光纤布拉格光栅的三重优化内毒素检测策略：实现高灵敏度、快速响应与生态可持续性

针对传统鲎试剂(LAL)检测法生态压力大、耗时长、试剂消耗高等问题，研究人员开发了集成锥形光纤与铒镱共掺光纤布拉格光栅(FBG)的微流控生物传感平台。该技术通过监测未反应LAL吸附引起的折射率变化，实现<0.001 EU/mL的超灵敏LPS检测，检测时间缩短至10分钟，LAL消耗降低95%，为生态保护与临床需求提供了创新解决方案。

　　

在沿海生态系统中，鲎（horseshoe crab）被称为"活化石"，但其血液却是现代医学不可或缺的资源——鲎试剂(Limulus Amebocyte Lysate, LAL)作为内毒素检测的金标准，每年消耗约50万只鲎的血液。这种"蓝色血液"能识别低至1×10^-12克的内毒素，却导致鲎种群濒危：美洲鲎被列为"易危"，亚洲三棘鲎更是"濒危"物种。与此同时，脓毒症每年造成全球1100万人死亡，其进展与细菌内毒素脂多糖(Lipopolysaccharide, LPS)水平直接相关。传统LAL检测面临生态保护与临床需求的尖锐矛盾：既要维持高灵敏度（<0.05 EU/mL），又要减少血液采集量（超过30%采血量会使鲎死亡率从8%飙升至29%）。现有替代技术如重组因子C(rFC)和单核细胞激活试验(MAT)均存在检测盲区或重现性差的缺陷。

广东省自然资源厅海洋经济发展专项资金等项目支持的研究团队在《Talanta》发表的研究中，创新性地将锥形光纤布拉格光栅(μFBG)与铒镱共掺FBG集成于微流控毛细管，构建了"三重优化"检测平台。该技术通过μFBG监测LAL吸附引起的折射率变化实现LPS定量，结合Er/Yb-FBG的光热孵育加速反应，最终在微流控系统中完成超低体积检测。关键技术包括：1）锥形μFBG实现0.0005-1 EU/mL动态范围的LPS检测；2）Er/Yb共掺FBG的闭环光热控制使孵育时间缩短至10-34分钟；3）竞争结合再生协议实现传感器重复使用；4）微流控设计将LAL消耗从100μL降至<5μL。

【μFBG传感表征】
研究团队通过氢氧焰拉锥制备直径8μm的锥形光纤，其表面倏逝波占比达67.3%，对折射率变化灵敏度达1.89×10³ nm/RIU。当LAL吸附于光纤表面时，折射率升高导致波长红移，在0.001 EU/mL浓度下仍能产生0.17nm显著位移，较显色法灵敏度提升10倍。

【光热加速动力学】
Er/Yb-FBG在980nm激光激发下产生局域热效应，使LPS-LAL混合液在10分钟内完成反应动力学，较传统水浴孵育（60-90分钟）效率提升6倍。抗污染涂层确保温度波动<0.3℃，避免检测液变性。

【微流控集成】
将双FBG模块嵌入内径200μm的毛细管，实现4.7μL/min的层流控制。临床样本验证显示，该系统与标准LAL检测结果相关系数R²>0.99，而每年可减少3.8×10⁴-4.56×10⁴只鲎的死亡。

该研究通过光纤传感技术、微流控工程和光热调控的协同创新，首次实现检测灵敏度(<0.001 EU/mL)、速度(13-37分钟)与可持续性(95%试剂节约)的三重突破。竞争结合再生机制使传感器可重复使用50次以上，波长漂移误差<2.1%。按当前全球鲎血采集量估算，全面推广该技术每年可挽救数万只鲎的生命，为《生物多样性公约》目标提供技术支撑。研究不仅为脓毒症早期诊断提供新工具，更开创了"生态友好型"体外诊断技术范式，其微纳传感集成策略对POCT设备开发具有普适指导意义。