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)激光器外部的場會(huì)感應(yīng)到這種情況，從而改變了激光發(fā)射的頻率�？梢苑浅＞�確地測量此偏移，從而可以檢測到以“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。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的方式移動(dòng)。

為了對(duì)尿液樣本進(jìn)行檢測，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)射波長范圍內(nèi)發(fā)射的激光，同時(shí)仍然能夠精確檢測生物標(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到來自生物標(biāo)志物的非常小的頻移。

檢測微小的生物標(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試了這種新傳感器。他們能夠以低至300皮摩爾的濃度檢測到S100A4。

Garcia-Blanco說：“在此濃度范圍內(nèi)的檢測顯示了無標(biāo)記生物傳感平臺(tái)的潛力�！� “此外，使用開發(fā)的技術(shù)可以使檢測模塊非常簡單，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，從而可以并行檢測多種生物標(biāo)志物。