Published December 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

A U-bent fiberoptic absorbance biosensor array (ArFAB) for multiplexed analyte detection

Creators

  • 1. Indian Institute of Technology Madras
  • 2. Indian Institute of Technology Bombay
  • 3. Vellore Institute of Technology University

Description

Compact and dip-type U-bent fiber optic sensor (U-FOS) probes exhibit remarkably high evanescent wave absorbance (EWA) sensitivity and are highly suitable for label-free multiplexed detection of proteins, virii and bacteria by exploiting their intrinsic optical absorption property in the UV region. Here, we show the design and development of a novel EWA based eight-channel array fiber optic absorbance biosensor (ArFAB) using U-FOS probes for multi-analyte detection or multi-sample analysis in real-time. A proof-of-concept ArFAB is designed to consist of a UV LED (λmax = 285 nm) and a highly sensitive CMOS linear image sensor coupled to a sensor probe module through fan-out (1-to-8) and parallel (8 nos) fiber bundles respectively. The sensor probe module is designed to hold and efficiently couple the light to/from 8 U-FOS probes with the help of ceramic ferrules and mating sleeves. The CMOS line sensor, with 8 coupling fibers equidistantly placed along its length, distinctly quantifies the intensity response from each of the eight U-FOS probes. The ArFAB was systematically validated for reproducible optical intensity measurements and label-free multiplexed detection of proteins and bacteria was realized. Moreover, a novel sandwich immunoassay with plasmonic labels for immunoglobulin G (IgG) with picomolar analyte detection limits at 280 nm wavelength is demonstrated. With mass-producible U-FOS probes and a low-cost optoelectronic instrumentation that can be easily customized for LSPR or any other sensing phenomenon, the ArFAB is highly promising for cost-effective biomolecular interactions, and cell analyses and clinical diagnostic applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تُظهر مجسات مستشعر الألياف البصرية المدمجة والمثنية على شكل حرف U (U - FOS) حساسية عالية بشكل ملحوظ لامتصاص الموجات المتلاشية (EWA) وهي مناسبة للغاية للكشف المتعدد الخالي من الملصقات للبروتينات والفيري والبكتيريا من خلال استغلال خاصية الامتصاص البصري الجوهرية في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. هنا، نعرض تصميم وتطوير مستشعر حيوي لامتصاص الألياف البصرية مصفوفة ثماني القنوات (ArFAB) قائم على EWA باستخدام مجسات U - FOS للكشف عن التحليلات المتعددة أو تحليل العينات المتعددة في الوقت الفعلي. تم تصميم ArFAB لإثبات المفهوم ليتكون من LED للأشعة فوق البنفسجية (λmax = 285 نانومتر) ومستشعر صورة خطي CMOS شديد الحساسية مقترن بوحدة مجس مستشعر من خلال حزم ألياف مروحة (1 إلى 8) ومتوازية (8 عدد) على التوالي. تم تصميم وحدة مجس الاستشعار لحمل وإقران الضوء بكفاءة من/إلى 8 مجسات U - FOS بمساعدة الحلقات الخزفية وأكمام التزاوج. يحدد مستشعر خط CMOS، مع 8 ألياف اقتران موضوعة على مسافات متساوية على طوله، بشكل واضح استجابة الشدة من كل من مجسات U - FOS الثمانية. تم التحقق من صحة ArFAB بشكل منهجي لقياسات الشدة البصرية القابلة للتكرار وتم تحقيق الكشف متعدد الإرسال الخالي من الملصقات للبروتينات والبكتيريا. علاوة على ذلك، تم توضيح مقايسة مناعية شطيرة جديدة مع ملصقات بلازمونية للغلوبولين المناعي G (IgG) مع حدود الكشف عن التحلل بيكو مولاري عند طول موجي 280 نانومتر. مع مجسات U - FOS ذات الإنتاج الضخم والأجهزة الإلكترونية الضوئية منخفضة التكلفة التي يمكن تخصيصها بسهولة لـ LSPR أو أي ظاهرة استشعار أخرى، يعد ArFAB واعدًا للغاية للتفاعلات الجزيئية الحيوية الفعالة من حيث التكلفة، وتحليلات الخلايا وتطبيقات التشخيص السريري.

Translated Description (French)

Les sondes compactes et à capteur à fibre optique courbé en U (U-FOS) de type dip présentent une sensibilité remarquablement élevée à l'absorbance des ondes évanescentes (EWA) et conviennent parfaitement à la détection multiplexée sans marqueur des protéines, des virii et des bactéries en exploitant leur propriété intrinsèque d'absorption optique dans la région UV. Ici, nous montrons la conception et le développement d'un nouveau biocapteur à absorbance par fibre optique à huit canaux (ArFAB) à base d'EWA utilisant des sondes U-FOS pour la détection multi-analyte ou l'analyse multi-échantillon en temps réel. Un ArFAB de preuve de concept est conçu pour se composer d'une LED UV (λmax = 285 nm) et d'un capteur d'image linéaire CMOS hautement sensible couplé à un module de sonde de capteur par des faisceaux de fibres en éventail (1 à 8) et parallèles (8 nos) respectivement. Le module de sonde de capteur est conçu pour maintenir et coupler efficacement la lumière à/de 8 sondes U-FOS à l'aide de viroles en céramique et de manchons homologues. Le capteur de ligne CMOS, avec 8 fibres de couplage placées à égale distance le long de sa longueur, quantifie distinctement la réponse en intensité de chacune des huit sondes U-FOS. L'ArFAB a été systématiquement validé pour des mesures d'intensité optique reproductibles et une détection multiplexée sans marqueur des protéines et des bactéries a été réalisée. De plus, un nouveau dosage immunologique en sandwich avec des marqueurs plasmoniques pour l'immunoglobuline G (IgG) avec des limites de détection d'analyte picomolaire à une longueur d'onde de 280 nm est démontré. Avec des sondes U-FOS pouvant être produites en masse et une instrumentation optoélectronique à faible coût qui peut être facilement personnalisée pour la LSPR ou tout autre phénomène de détection, l'ArFAB est très prometteur pour des interactions biomoléculaires rentables, des analyses cellulaires et des applications de diagnostic clinique.

Translated Description (Spanish)

Las sondas de sensor de fibra óptica curvadas en U (U-FOS) compactas y de tipo dip exhiben una sensibilidad de absorbancia de onda evanescente (EWA) notablemente alta y son muy adecuadas para la detección multiplexada sin etiquetas de proteínas, virios y bacterias al explotar su propiedad intrínseca de absorción óptica en la región UV. Aquí, mostramos el diseño y desarrollo de un novedoso biosensor de absorbancia de fibra óptica (ArFAB) de matriz de ocho canales basado en EWA que utiliza sondas U-FOS para la detección de múltiples analitos o el análisis de múltiples muestras en tiempo real. Un ArFAB de prueba de concepto está diseñado para consistir en un LED UV (λmax = 285 nm) y un sensor de imagen lineal CMOS de alta sensibilidad acoplado a un módulo de sonda de sensor a través de haces de fibras en abanico (1 a 8) y en paralelo (8 nos), respectivamente. El módulo de la sonda del sensor está diseñado para sostener y acoplar eficientemente la luz a/desde 8 sondas U-FOS con la ayuda de férulas de cerámica y manguitos de acoplamiento. El sensor de línea CMOS, con 8 fibras de acoplamiento colocadas equidistantemente a lo largo de su longitud, cuantifica claramente la respuesta de intensidad de cada una de las ocho sondas U-FOS. El ArFAB se validó sistemáticamente para mediciones de intensidad óptica reproducibles y se realizó la detección multiplexada sin marcadores de proteínas y bacterias. Además, se demuestra un nuevo inmunoensayo sándwich con marcadores plasmónicos para inmunoglobulina G (IgG) con límites de detección de analitos picomolares a una longitud de onda de 280 nm. Con sondas U-FOS producibles en masa y una instrumentación optoelectrónica de bajo coste que se puede personalizar fácilmente para LSPR o cualquier otro fenómeno de detección, el ArFAB es muy prometedor para interacciones biomoleculares rentables, análisis celulares y aplicaciones de diagnóstico clínico.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مصفوفة مستشعر حيوي للامتصاص الليفي الضوئي المنحني على شكل حرف U (ArFAB) للكشف عن نواتج التحليل المتعددة
Translated title (French)
Un réseau de biocapteurs à absorbance en fibre optique courbée en U (ArFAB) pour la détection multiplexée d'analytes
Translated title (Spanish)
Una matriz de biosensores de absorbancia de fibra óptica curvada en U (ArFAB) para la detección multiplexada de analitos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4307219198
DOI
10.1016/j.biosx.2022.100271

Is supplement to
https://openalex.org/W4200511898 (Other)
https://openalex.org/W3081882091 (Other)
https://openalex.org/W2904626338 (Other)
https://openalex.org/W2363991044 (Other)
https://openalex.org/W2335596810 (Other)
https://openalex.org/W2088718888 (Other)
https://openalex.org/W2082761856 (Other)
https://openalex.org/W1983928627 (Other)
https://openalex.org/W1967895359 (Other)
https://openalex.org/W1944150046 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1972659868
  • https://openalex.org/W1993550434
  • https://openalex.org/W2002046224
  • https://openalex.org/W2004606603
  • https://openalex.org/W2006279632
  • https://openalex.org/W2019255986
  • https://openalex.org/W2020790435
  • https://openalex.org/W2023594790
  • https://openalex.org/W2027046865
  • https://openalex.org/W2038536635
  • https://openalex.org/W2042242299
  • https://openalex.org/W2054778363
  • https://openalex.org/W2055595878
  • https://openalex.org/W2062279823
  • https://openalex.org/W2075229839
  • https://openalex.org/W2089209516
  • https://openalex.org/W2090765040
  • https://openalex.org/W2094107695
  • https://openalex.org/W2104169860
  • https://openalex.org/W2160073790
  • https://openalex.org/W2187734729
  • https://openalex.org/W2276385764
  • https://openalex.org/W2538084642
  • https://openalex.org/W2811874530
  • https://openalex.org/W2891925136
  • https://openalex.org/W2901635167
  • https://openalex.org/W2947822779
  • https://openalex.org/W2953410535
  • https://openalex.org/W2981626318
  • https://openalex.org/W2982352881
  • https://openalex.org/W3000426861
  • https://openalex.org/W3009776649
  • https://openalex.org/W3034224298
  • https://openalex.org/W3047081376
  • https://openalex.org/W3187947740
  • https://openalex.org/W3196012014
  • https://openalex.org/W4206608525
  • https://openalex.org/W951323738