3D打印微激光传感器提供超强生物传感

研究人员开发了一种用于高灵敏度片上生物传感的3D微打印传感器。该传感器基于聚合物回音壁模式微激光器，为开发高性能、高成本效益的芯片实验室设备用于早期疾病诊断开辟了新的机会。

中国香港香港理工大学的研究团队负责人a.Ping Zhang表示：“未来，这些whisper-gallery-mode微激光传感器可以集成到微流体芯片中，从而实现新一代芯片上实验室设备，对多种生物标志物进行超灵敏的定量检测。”。

“这可用于癌症和阿尔茨海默病等疾病的早期诊断，或用于应对重大健康危机，如新冠肺炎大流行。”

在《光学快报》杂志上，研究人员描述了他们新的微激光传感器设计，该设计克服了许多挑战，这些挑战使这种类型的传感器难以集成到芯片实验室系统中，这些系统可用于定点医疗测试。

研究人员还表明，该传感器独特的利马康形圆盘微腔能够检测到极低浓度的人免疫球蛋白G（IgG），这是一种常见的抗体，存在于血液和其他体液中。

“这种创新的微激光传感器之所以成为可能，是因为我们内部的3D微打印技术，”张说。“它能够快速打印专门设计的3D回音壁模式微腔，并对悬浮的微盘进行高精度修整。”

光学回音壁模式的微激光传感器通过在微小的微腔中捕获光来工作。当目标分子与腔结合时，它们会引起激光频率的轻微变化，从而实现高度灵敏的生物检测。

在实际应用中使用这些传感器的一个挑战是，将光耦合到其中通常需要直径小于2微米的锥形光纤。这种微小的纤维很难排列，容易受到各种环境干扰。这给将这种微激光传感器集成到芯片实验室设备中以实时、高灵敏度检测生物分子带来了障碍。

使用微激光传感器本身发出的光是通过锥形光纤传输光的一种有前景的替代方案，但传统回音壁模式微激光的圆形微腔使得有效收集光变得困难。这限制了传感器信号的读取效果。

为了解决这个问题，研究人员设计了一种带有利马康形状悬浮微盘的回音壁模式微激光传感器。这种设计使传感器具有较低的激光阈值，并产生定向光发射，提高了效率，使片上集成更加实用。

利用他们内部的3D微打印技术，该技术具有高分辨率和高灵活性的优点，研究人员能够快速打印回音壁模式微激光生物传感器阵列。

实验表明，这些生物传感器的激光阈值非常低，为3.87μJ/mm2，激光线宽很窄，约为30pm。这些传感器能够检测IgG，其检测限仅为每毫升阿图，显示了它们在早期疾病诊断中超低检测生物标志物的潜力。

接下来，研究人员计划将微激光传感器集成到微流控芯片中，以开发可用于同时快速定量检测多种疾病生物标志物的光流控生物芯片。p