泵浦光耦合到設(shè)備，在微環(huán)諧振器中產(chǎn)生激光。諧振器的表面裝有捕獲感興趣的分析物的探針（環(huán)上的紅色錨分子）。環(huán)中的激光延伸到流體中。當(dāng)感興趣的分析物（藍(lán)色三角形）附著在捕獲探針上時(shí)，微環(huán)激光器外部的場(chǎng)會(huì)感應(yīng)到這種情況，從而改變了激光發(fā)射的頻率。可以非常精確地測(cè)量此偏移，從而可以檢測(cè)到以“特定”方式流過傳感器的微量分析物（即，粉紅色顆粒沒有與捕獲層結(jié)合，因此無法檢測(cè)到）。在圖中，波導(dǎo)是綠色的（由誘導(dǎo)激光發(fā)射的摻雜劑的上轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的真實(shí)顏色），并且可以看到微流體通道，其中不同的顆粒從左到右流動(dòng)。圖片來源：Rick Seubers，特溫特大學(xué)光學(xué)科學(xué)組

研究人員首次使用帶有集成激光器的基于芯片的傳感器來檢測(cè)尿液樣本中極低水平的癌蛋白生物標(biāo)志物。這項(xiàng)新技術(shù)比其他設(shè)計(jì)更加敏感，并且可能導(dǎo)致非侵入性和廉價(jià)的方法來檢測(cè)指示疾病存在或進(jìn)展的分子。

荷蘭特溫特大學(xué)的研究小組負(fù)責(zé)人索尼亞·加西亞·布蘭科說：“目前測(cè)量生物標(biāo)志物水平的方法既昂貴又復(fù)雜，需要在專門實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行活檢和分析�！� “我們開發(fā)的新技術(shù)為更快，超靈敏地檢測(cè)生物標(biāo)志物鋪平了道路，這將使醫(yī)生能夠及時(shí)做出決定，從而改善包括癌癥在內(nèi)的醫(yī)療條件的個(gè)性化診斷和治療�！�

在光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）的Optics Letters雜志中，由H2020歐洲項(xiàng)目GLAM（玻璃多路復(fù)用生物傳感器）資助的多機(jī)構(gòu)研究小組表明，這種新傳感器可以對(duì)與人類相關(guān)的蛋白質(zhì)S100A4進(jìn)行無標(biāo)記檢測(cè)。臨床相關(guān)水平的腫瘤發(fā)展。

Garcia-Blanco說：“生物傳感器可以使即時(shí)醫(yī)療設(shè)備同時(shí)篩查各種疾病。” “它的操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的樣品處理或傳感器操作，使其成為臨床應(yīng)用的理想選擇�！�

研究人員說，這種傳感器在非生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有潛力。例如，它也可用于檢測(cè)不同類型的氣體或液體混合物。

創(chuàng)建高靈敏度傳感器

新型基于芯片的傳感器通過用片上微型磁盤激光器發(fā)出的光照射樣品來檢測(cè)特定分子的存在。當(dāng)光與感興趣的生物標(biāo)記物相互作用時(shí)，該激光的顏色或頻率以可檢測(cè)的方式移動(dòng)。

為了對(duì)尿液樣本進(jìn)行檢測(cè)，研究人員必須弄清楚如何整合可以在液體環(huán)境中運(yùn)行的激光。他們轉(zhuǎn)向光子材料氧化鋁，因?yàn)楫?dāng)摻入離子時(shí)，它可用于制造在水的光吸收帶之外發(fā)射波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射的激光，同時(shí)仍然能夠精確檢測(cè)生物標(biāo)記。

Garcia-Blanco說：“盡管已經(jīng)存在基于監(jiān)視激光頻率偏移的傳感器，但它們通常具有不容易集成在小的一次性光子芯片上的幾何形狀�！� “氧化鋁很容易在芯片上單片制造，并且與標(biāo)準(zhǔn)的電子制造程序兼容。這意味著傳感器可以大規(guī)模工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)�！�

使用微盤激光器而不是其他類似傳感器中使用的非激光環(huán)形諧振器打開了前所未有的靈敏度之門。靈敏度來自這樣的事實(shí)，即激射線寬比無源環(huán)形諧振器的諧振窄得多。一旦消除了其他噪聲源（例如熱噪聲），此方法將允許在非常低的濃度下檢測(cè)到來自生物標(biāo)志物的非常小的頻移。

檢測(cè)微小的生物標(biāo)志物濃度

在開發(fā)并應(yīng)用了可捕獲復(fù)雜液體（例如尿液）中感興趣的生物標(biāo)志物的表面處理后，研究人員用含有已知生物標(biāo)志物水平的合成尿液測(cè)試了這種新傳感器。他們能夠以低至300皮摩爾的濃度檢測(cè)到S100A4。

Garcia-Blanco說：“在此濃度范圍內(nèi)的檢測(cè)顯示了無標(biāo)記生物傳感平臺(tái)的潛力�！� “此外，使用開發(fā)的技術(shù)可以使檢測(cè)模塊非常簡(jiǎn)單，使之更接近實(shí)驗(yàn)室之外的最終應(yīng)用�！�

研究人員正在努力將所有相關(guān)的光源和信號(hào)生成組件整合到芯片上，以使該設(shè)備更易于操作。他們還希望開發(fā)各種涂層，從而可以并行檢測(cè)多種生物標(biāo)志物。