作 者

边鹏、胡志勇*、张月莹、刘善仁、巫美梁、国旗*、于颜豪、于永森、田振男、陈岐岱*

机 构

吉林大学、吉林大学第二医院、香港城市大学

Citation

Bian P et al. 2026.Nanoliter-scale biological fluid conductivity detection via a laser-printed functionalized fiber probe. Int. J. Extrem. Manuf. 8 035505. 

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae34fa

撰稿 | 文章作者

文章导读

生物体液电导率关乎健康评估，但纳升采样与实时监测长期受体积依赖与设备笨重限制。近期，吉林大学电子科学与工程学院陈岐岱教授课题组提出光学检测的开创性方案，采用双光子聚合技术打印基于光纤端面的F-P腔，并与带有过滤膜的毛细管进行集成，实现低至50 nL的超微量体液电导率检测。该成果已发表于《极端制造（英文）》，题为“Nanoliter-Scale Biological Fluid Conductivity Detection via a Laser-Printed Functionalized Fiber Probe”。

图文解析

开发能够检测微量生物体液电导率的微型传感器对于生理信号监测和个人健康至关重要。目前，广泛使用的电导率探测器面临着探针尺寸大、检测系统复杂以及难以实现微量和侵入式检测等挑战。在此，研究者提出了一种激光打印光纤探针，该探针基于法布里珀罗（F-P）腔功能化的光纤探头，可用于超痕量生物体液的电导率检测。

该检测器以光纤端面F-P腔为核心。如图所示，光经过光纤进入腔内多次反射形成干涉谱，其对腔内折射率变化高度敏感。当探头浸入液体后，毛细力经集成滤膜将体液引入并充满微腔。过滤膜选择性地截留细胞、蛋白等大分子，仅允许<100 Da离子进入腔内，它们对体液电导率起着主导作用，其波动会引起折射率变化，进而触发反射谱波长漂移。据此可建立电导率—波长的定量映射，实现高灵敏度、实时检测。依托双光子聚合打印的微米级F-P腔–液体耦合尺度，在实际条件下，仅需≈50 nL样本即可完成可靠检测。并且，该传感探头灵敏度为232.77 pm/(mS·cm^-1)，检测范围覆盖生物体液电导率波动范围并具有优良的抗温度及pH干扰特性。

图1 微型电导率探测器的工作原理。(a)光纤F-P探头结构组成示意图。(b)不同体液体积时毛细管内液柱高度。在50 nL时，液柱高度超过0.5 mm。(c)浸入不同电导率生物体液中的光纤传感探头。(d)光纤F-P探头的特写和干涉光谱。(e)测试装置。(f)光纤内部光场分布。(g)制备的F-P光纤探头的伪彩色扫描电子显微镜图像。(h)模拟的光谱漂移线性拟合曲线。

总结与展望

该探测器利用双光子聚合 3D打印技术在光纤探针尖端构建F-P腔体，并集成了微毛细管和过滤膜，可实现低至50nL的生物体液电导率检测，并表现出优良的传感特性。进一步地，高纵横比的光纤探头装置为更广泛的应用奠定了基础，包括通过血管通路进行脑脊液传感或胃肠道监测。这些能力有望加深人们对生理过程的理解并实现下一代临床诊断。

作者与团队简介

胡志勇，吉林大学

胡志勇，研究员，香江学者、中国科协青年托举人才、吉林省青年科技成长人才，研究领域为面向高性能集成光电器件的超快激光制造技术研究，近年来以第一/通讯作者在Nat. Commun.、Light Sci. Appl.、 LaserPhotonics Rev.、Nano Lett.、Int. J. Extreme Manuf. 等国际高水平期刊上发表SCI论文18篇，申请国家发明专利14项，其中已授权 4 项。获得全国超材料优秀青年学者奖、中国光学学会科技创新奖郭光灿光学奖、中国光学十大进展奖等。

国旗，吉林大学

国旗，吉林大学电子科学与工程学院，讲师。吉林省高层次E类人才。主要从事飞秒激光微纳加工、光纤传感相关研究。主持国家自然科学基金青年项目1项，横向项目1项。在Journal of Lightwave Technology和Optics Letters等期刊发表SCI论文30余篇，授权发明专利3项。

陈岐岱，吉林大学

陈岐岱，吉林大学唐敖庆特聘教授，国家高层次人才，集成光电子全国重点实验室吉林大学实验区主任，《中国激光》副主编。在Nature Photonics、Nature Physics、及Light: Science & Application等杂志发表论文230余篇，他引12000余次，H-index 67;研究结果被Nature等杂志和媒体专题介绍 40 余次。

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