據(jù)外媒報(bào)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(lái)檢測(cè)尿液樣品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)更為靈敏，并可能導(dǎo)致非侵入性和廉價(jià)的方法來(lái)檢測(cè)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(shí)，這是由微環(huán)激光外部的場(chǎng)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(cè)量，允許以“特定”方式檢測(cè)流過(guò)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(cè)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(shí)顏色），可以看到一個(gè)微流控通道，其中不同的粒子從左到右流動(dòng)。
該研究小組負(fù)責(zé)人Sonia M.Garcia Blanco說(shuō)：“目前測(cè)量生物標(biāo)志物水平的方法既昂貴又復(fù)雜，需要在專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行活檢和分析。我們開(kāi)發(fā)的新技術(shù)為更快、超靈敏地檢測(cè)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)協(xié)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)研究人員小組表明，這種新傳感器可以在臨床相關(guān)水平上對(duì)S100A4（一種與人類(lèi)腫瘤發(fā)展相關(guān)的蛋白質(zhì)）進(jìn)行無(wú)標(biāo)記檢測(cè)。
Garcia-Blanco說(shuō)：“這種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(jiǎn)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(shí)，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(cè)不同類(lèi)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(guò)用芯片上的微型磁盤(pán)激光器發(fā)出的光照射樣品來(lái)檢測(cè)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(cè)的方式移動(dòng)。
為了對(duì)尿液樣本進(jìn)行檢測(cè)，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?yàn)楫?dāng)摻入離子時(shí)，它可用于制造在水的光吸收帶之外的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射的激光，，同時(shí)仍然能夠精確檢測(cè)生物標(biāo)記物。
Garcia-Blanco說(shuō)：“雖然基于激光的頻移監(jiān)測(cè)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(pán)激光器，而不是其他類(lèi)似傳感器中使用的非激光環(huán)形諧振器，開(kāi)啟了前所未有的靈敏度之門(mén)。這種靈敏度來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí)：激光的線(xiàn)寬比被動(dòng)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(cè)到來(lái)自生物標(biāo)志物的非常小的頻率偏移。
檢測(cè)微小的生物標(biāo)志物濃度
研究人員開(kāi)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(duì)這種新型傳感器進(jìn)行測(cè)試。他們能夠在低至300皮摩爾的濃度下檢測(cè)到S100A4。
Garcia-Blanco說(shuō)：“在這個(gè)濃度范圍內(nèi)的檢測(cè)顯示了無(wú)標(biāo)簽生物傳感平臺(tái)的潛力。此外，使用開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以使檢測(cè)模塊非常簡(jiǎn)單，從而使其更接近實(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(kāi)發(fā)各種涂層，從而可以并行檢測(cè)多種生物標(biāo)志物。
