为了在第四次工业革命时代实现高度互联的社会，大量获取更多类型的传感信号数据显得尤为重要。尤其随着“非接触”时代的到来，远程传感的重要性变得更加明显。DNA、蛋白质、细胞等是生物传感器的主要检测目标，当这些生物材料暴露于高能量时容易被破坏或变形。为了克服这些问题，研究者们尝试了各种方法，但始终没有有效解决样品本身暴露于高能量入射光源的状况。

最近，由韩国高丽大学Dong June Ahn（安东俊）教授、韩国仁荷大学Dong Hyuk Park（朴东赫）副教授、延边大学崔春植教授联合团队根据DNA的互补结合会导致有机半导体单晶的光波导效率发生差异的现象，以DNA作为模型目标，首次开发了一种基于混合一维晶体材料的远程生物传感器。由于不用对待测样品照射光源的情况下进行检测，能有效检测的同时可以最大限度地减少对样品的破坏。

本研究中，六棱柱形混合一维晶体是由Alq3分子(三（8-羟基喹啉）铝,一种广泛用于OLED器件中的代表性有机半导体单分子)和单链DNA分子共组装形成。该团队通过光谱分析，确认了根据目标DNA分子的识别，混合晶体的发光强度和光波导效率存在差异，并定量算出了差异。

图1.包含DNA分子（single-strand DNA, ssDNA）的Alq3六棱柱的晶体形状以及Alq3（绿色标记）和DNA（红色标记）分子的横截面分布（顶部图片）。可观察到DNA分子围绕着Alq3六棱柱。发现DNA的双螺旋结构（double-strand DNA, dsDNA）引起晶体的光波导效率的差异（底部图片）。图片来源：Adv. Mater.

基于上述研究，该团队制备了超长的混合一维光波导晶体，在晶体两端滴下不同的DNA溶液并在晶体中心照射激光，将光波导效率的差异可视化而实现了区分特异性/非特异性序列DNA分子的目的。

图2.通过将激光照射到超长一维光波导晶体的中心，同时检测到两端不同类型DNA分子的示意图（左侧图片）。通过分析在两端信号采集区域测得的荧光图像（绿色）和光谱，在互补DNA序列的样品中获得了提高300％的光波导效率。图片来源：Adv. Mater.

这项研究结果是首次利用生物体/有机半导体分子混合材料的光波导现象应用于多重远程生物传感的案例，计划将其应用范围扩展到检测各种生物化学物质。

来源：X-MOL