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。这种基于聚合物回音壁模式微激光的传感器，为开发用于疾病早期诊断的高性能、经济高效的芯片实验室设备带来了新的机遇。
“未来，这些回音壁模式微激光传感器可以集成到微流控芯片中，从而实现新一代芯片实验室设备，用于多种生物标志物的超灵敏定量检测，”该研究团队负责人表示，“这可用于癌症和阿尔茨海默病等疾病的早期诊断，或用于对抗像COVID-19大流行这样的重大健康危机。”
在《Optics Letters》期刊中，研究人员描述了他们的新型微激光传感器设计，该设计克服了许多挑战，这些挑战曾使得将该类传感器集成到可能用于即时医疗检测的芯片实验室系统中变得困难。研究人员还证明，该传感器独特的利马孔形状盘状微腔能够检测极低浓度的人免疫球蛋白G，这是一种存在于血液和其他体液中的常见抗体。
“这项创新的微激光传感器得益于我们内部的3D微打印技术，”该负责人表示，“它能够快速打印特殊设计的3D回音壁模式微腔，并对悬浮微盘进行高精度修整。”
将微激光传感器集成到芯片上
光学回音壁模式微激光传感器的工作原理是将光捕获在微小的微腔内。当目标分子与微腔结合时，会引起激光频率的微小变化，从而实现高灵敏度的生物检测。
在实际应用中使用这些传感器的挑战之一是，通常需要直径小于2微米的锥形光纤将光耦合到传感器中。如此细小的光纤难以对准，并且容易受到各种环境干扰。这成为了将此类微激光传感器集成到芯片实验室设备中，以实现生物分子实时、高灵敏度检测的障碍。
利用微激光传感器自身发出的光，是替代通过锥形光纤传输光的一种有前景的方案，但传统回音壁模式微激光的圆形微腔难以有效地收集光，从而限制了传感器信号的读取效果。
打印精密生物传感器
为了解决这个问题，研究人员设计了一种具有利马孔形状悬浮微盘的回音壁模式微激光传感器。这种设计赋予了传感器较低的激光阈值并产生方向性光发射，提高了效率，并使片上集成更加实用。
利用其内部具有高分辨率和高灵活度优势的3D微打印技术，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，该生物传感器表现出非常低的激光阈值和窄的激光线宽。传感器能够检测到低至阿托克每毫升浓度的IgG，显示了其在疾病早期诊断中用于超低浓度生物标志物检测的潜力。
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。
这项工作得到了某地区研究资助委员会的支持。
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