據(jù)外媒報道，荷蘭特溫特大學(xué)研究人員首次使用帶有集成激光器的傳感器芯片來檢測尿液樣品中極低水平的癌蛋白生物標(biāo)志物。這項新技術(shù)比其他設(shè)計更為靈敏，并可能導(dǎo)致非侵入性和廉價的方法來檢測指示疾病存在或進(jìn)展的分子。

在微環(huán)諧振器中與產(chǎn)生激光的裝置耦合的泵浦光。諧振器的表面裝有捕獲感興趣分析物的探針（環(huán)上的紅色錨定分子）環(huán)中的激光射入流體。當(dāng)感興趣的分析物（藍(lán)色三角形）附著在捕獲探針上時，這是由微環(huán)激光外部的場感應(yīng)的，從而改變激光發(fā)射的頻率。這種偏移可以非常精確地測量，允許以“特定”方式檢測流過傳感器的微量分析物（即，粉紅色顆粒不與捕獲層結(jié)合，因此不被檢測到）。在圖中，波導(dǎo)是綠色的（由誘導(dǎo)激光發(fā)射的摻雜劑上轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的真實顏色），可以看到一個微流控通道，其中不同的粒子從左到右流動。

該研究小組負(fù)責(zé)人Sonia M.Garcia Blanco說：“目前測量生物標(biāo)志物水平的方法既昂貴又復(fù)雜，需要在專門實驗室進(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)生能夠及時做出決定，從而改善包括癌癥在內(nèi)的醫(yī)療條件的個性化診斷和治療。”

在光學(xué)協(xié)會（OSA）的Optics Letters雜志中，由H2020歐洲項目GLAM（玻璃多路復(fù)用生物傳感器）資助的多機(jī)構(gòu)研究人員小組表明，這種新傳感器可以在臨床相關(guān)水平上對S100A4（一種與人類腫瘤發(fā)展相關(guān)的蛋白質(zhì)）進(jìn)行無標(biāo)記檢測。

Garcia-Blanco說：“這種生物傳感器可以使即時醫(yī)療設(shè)備同時篩查各種疾病。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。同時，這種傳感器還具有非生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的潛力。例如，它還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

新型傳感器芯片通過用芯片上的微型磁盤激光器發(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，該激光的顏色或頻率以可檢測的方式移動。

為了對尿液樣本進(jìn)行檢測，研究人員必須找出如何整合一種可以在液體環(huán)境中工作的激光。他們轉(zhuǎn)向了光子材料氧化鋁，因為當(dāng)摻入離子時，它可用于制造在水的光吸收帶之外的波長范圍內(nèi)發(fā)射的激光，，同時仍然能夠精確檢測生物標(biāo)記物。

Garcia-Blanco說：“雖然基于激光的頻移監(jiān)測傳感器已經(jīng)存在，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。氧化鋁可以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)化生產(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，開啟了前所未有的靈敏度之門。這種靈敏度來自于這樣一個事實：激光的線寬比被動環(huán)形腔的共振要窄得多。一旦其他噪聲源（如熱噪聲）被消除，此方法將允許在非常低的濃度下檢測到來自生物標(biāo)志物的非常小的頻率偏移。

檢測微小的生物標(biāo)志物濃度

研究人員開發(fā)并應(yīng)用了一種表面處理技術(shù)，可以捕捉到尿液等復(fù)雜液體中的生物標(biāo)記物，然后用含有已知生物標(biāo)記物水平的合成尿液對這種新型傳感器進(jìn)行測試。他們能夠在低至300皮摩爾的濃度下檢測到S100A4。

Garcia-Blanco說：“在這個濃度范圍內(nèi)的檢測顯示了無標(biāo)簽生物傳感平臺的潛力。此外，使用開發(fā)的技術(shù)可以使檢測模塊非常簡單，從而使其更接近實驗室之外的最終應(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。