基于MIP微珠C形波导的高灵敏度光纤反射式光学化学传感器研究

为解决液体基质中分析物监测难题，研究人员创新性地开发了基于分子印迹聚合物微珠(MIP-microbeads)填充C形波导的反射式光纤传感器。该研究首次将MIP微珠作为波导敏感核心，实现了皮纳摩尔级超低检测限和四数量级宽动态范围，并通过食品样品验证了其实际应用潜力。这种微型化、低成本、机械坚固的传感器为极端环境下的远程监测提供了新方案。

　　

在环境监测、食品安全和医疗诊断等领域，液体基质中特定分子的实时检测始终面临巨大挑战。传统电化学传感器虽灵敏度高但易受干扰，荧光传感器需要复杂标记，而传输式光纤传感器又存在安装维护困难的问题。分子印迹聚合物(MIP)因其"人工抗体"特性成为理想识别元件，但如何将其与光纤传感系统高效结合仍是未解难题。

葡萄牙波尔图大学（Universidade do Porto）的研究团队在《Talanta》发表创新成果，开发出基于MIP微珠C形波导的反射式光纤传感器。该研究通过将MIP微珠填充PVC C形通道构建新型波导结构，配合抛光塑料光纤(POF)形成反射检测系统，实现了2-糠醛(2-FAL)的超灵敏检测。这项技术突破不仅解决了传统传感器在检测限和动态范围上的局限，更为远程实时监测提供了微型化解决方案。

研究采用三大关键技术：1）通过热聚合法制备DVB基MIP微珠并优化筛分工艺；2）创新性设计含NOA148光学粘合剂的C形PVC波导结构；3）建立反射式光谱检测系统，采用50:50光纤分路器连接白光光源和光谱仪。在食品检测验证中，使用市售莓果汁(Zuegg Berry Juice)作为真实样本，通过梯度稀释法评估传感器性能。

【MIP-mass传感器表征】
通过150-3000 nM浓度测试显示，该配置检测限为47.9 nM，动态范围仅两个数量级。Langmuir模型拟合揭示其亲和常数K_aff=0.005 nM^-1，表明结合位点暴露有限。

【MIP-microbeads传感器表征】
创新性微珠结构实现0.2-20000 nM超宽检测，Bi-Langmuir模型解析出高(K_aff1=1.3 nM^-1)、低(K_aff2=0.008 nM^-1)两种亲和位点。实验测得0.3 nM超低检测限，比MIP-mass提升160倍。

【选择性测试】
对比NIP微珠和结构类似物(5-HMF)验证特异性，100 nM干扰物引起的信号变化仅为10 nM 2-FAL的1/10，证实MIP空腔的特异性识别能力。

【实际样品检测】
对稀释133333倍的果汁样本检测，推算原液2-FAL浓度约37 μM，与文献报道的果汁含量范围(1-70 μM)高度吻合。

该研究通过微珠结构创新使传感器性能产生质的飞跃：检测限较传统MIP-mass传感器降低两个数量级，动态范围扩展至四个数量级，且显著优于现有SPR-POF(42 nM)和电化学传感器(40 μM)。反射式设计使探头尺寸缩小至微米级，配合PVC基材的机械稳定性，为恶劣环境下的长期监测创造条件。研究不仅为2-FAL检测提供新工具，其通用性设计思路更可拓展至环境污染物、疾病标志物等各类分子的检测领域，标志着MIP传感器从实验室走向实际应用的重要突破。