光學(xué)回音壁模式（WGM）微腔傳感器作為一種精準(zhǔn)、無須標(biāo)記的生物檢測技術(shù)，在早期疾病診斷領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大潛力。然而，要快速制造大規(guī)模WGM微腔傳感器陣列，并集成于可作生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的芯片實驗室器件，仍面對不少挑戰(zhàn)。

近日，香港理工大學(xué)電機及電子工程學(xué)系教授張阿平團隊研發(fā)出了一種新型3D微打印WGM微激光器傳感器，具有高靈敏度的特點，可在芯片上集成生物傳感功能，相關(guān)研究成果發(fā)表于《光學(xué)快報》。

未來，這些WGM微激光器傳感器與微流控芯片集成，研制成新一代的芯片實驗室器件，為多種生物標(biāo)志物進行超靈敏的量化檢測，有望應(yīng)用于癌癥、阿茲海默癥等疾病的早期診斷以及重大衛(wèi)生危機。

研究人員將傳感器集成到可用于即時醫(yī)療診斷的芯片實驗室器件上。實驗結(jié)果顯示，該款微激光器傳感器能夠檢測濃度低至約70克每毫升的人體免疫球蛋白G，突顯其在早期疾病診斷中，實現(xiàn)超低濃度生物標(biāo)志物檢測的應(yīng)用潛力。

“這款新型微激光器傳感器的研發(fā)，得益于我們團隊自主研發(fā)的3D微打印技術(shù)，能快速制造特殊設(shè)計的3D WGM微腔，并對微腔懸掛微盤進行高精細加工定制?！睆埌⑵浇榻B，光學(xué)WGM微激光器傳感器能夠通過微小微腔讓光波進行諧振循環(huán)傳播。當(dāng)目標(biāo)分子在微腔表面結(jié)合時，就會引起激光頻率的微細變化，從而實現(xiàn)對生物分子的高靈敏檢測。

然而，實際應(yīng)用這些傳感器的一大挑戰(zhàn)，是需要將光波耦合進出3D WGM微腔傳感器。通常這需要用到直徑小于兩微米的拉錐光纖，極細的光纖不僅難以對準(zhǔn)耦合，也容易受到各種環(huán)境干擾影響，限制了WGM微腔傳感器與芯片實驗室的技術(shù)融合，從而影響其在高靈敏生物分子即時檢測的應(yīng)用潛力。

為此，研究團隊設(shè)計了一款采用蝸線形懸掛微盤的3D WGM微激光器傳感器。這種創(chuàng)新設(shè)計使微激光器傳感器，兼具低激光閾值與定向光發(fā)射特性，有效提升光耦合效率，實現(xiàn)傳感器在芯片上集成。

研究表明，該微激光器生物傳感器具有極低的激光閾值，僅為3.87微焦耳/平方毫米，而激光線寬度約為30皮米。此外，該傳感器充分展現(xiàn)了其在早期疾病診斷中，超靈敏檢測生物標(biāo)志物的應(yīng)用潛力。

未來，研究團隊計劃將WGM微激光器傳感器集成到微流芯片中，以開發(fā)光流控生物芯片，用于多種疾病生物標(biāo)志物的快速同時量化檢測。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1364/OL.557384

來源：中國科學(xué)報