A Highly Sensitive and Specific Photonic Crystal-Based Opioid Sensor with Rapid Regeneration

材料科学 检出限 折射率 类阿片 光子晶体 芬太尼 分析物 光电子学 色谱法 生物医学工程 麻醉 医学 化学 内科学 受体
作者
So Hee Nah,Daisy Unsihuay,Ping Wang,Shu Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (23): 27647-27657
标识
DOI:10.1021/acsami.3c03722
摘要

Opioid misuse and overdose have caused devastating public health challenges and economic burdens, calling for the need of rapid, accurate sensitive opioid sensors. Here, we report a photonic crystal-based opioid sensor in the total internal reflection configuration, providing label-free, rapid, quantitative measurements through change of the refractive index. The one-dimensional photonic crystal with a defect layer that is immobilized with opioid antibodies acts as a resonator with an open microcavity. The highly accessible structure responds to analytes within a minute after the aqueous opioid solution is introduced, achieving the highest sensitivity of 5688.8 nm/refractive index unit (RIU) at the incident angle of 63.03°. Our sensor shows a limit of detection (LOD) of 7 ng/mL for morphine in phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.4) solutions, well below the required clinical detection limit, and an LOD of 6 ng/mL for fentanyl in PBS, close to the clinical requirement. The sensor can selectively detect fentanyl from a mixture of morphine and fentanyl and be regenerated in 2 min with up to 93.66% recovery rate after five cycles. The efficacy of our sensor is further validated in artificial interstitial fluid and human urine samples.
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