传感器芯片检测尿液中的癌症生物标志物

泵光与设备耦合在微孔谐振器中产生激光。谐振器的表面在捕获感兴趣的分析物的探针（在环上的红色锚分子）。环中的激光光延伸到流体中。当感兴趣的分析物（蓝色三角形）附着在捕获探针上时，这是由微区激光器外部的磁场感应的，从而改变了激光发射的频率。可以非常精确地测量这种转移，允许以“特定”方式检测传感器流过传感器的分析物（即，粉红色颗粒不与捕获层结合，因此未检测到）。在图中，波导是绿色的（由诱导激光发射的掺杂剂的上转换产生的真实颜色），可以看到微流体通道，其中不同的颗粒从左向右流动。

资料来源：瑞克·塞伯斯（Rick Seubers），光学科学集团，温特特大学

研究团队负责人Sonia M. Garcia-Blanco说：“当前测量生物标志物水平的方法是昂贵且精致的，需要活检和分析。”“我们开发的新技术为更快，超敏感的发现生物标志物的检测铺平了道路，这将使医生能够及时做出改善个性化诊断和治疗包括癌症在内的医疗状况的决定。”

在《光学学会》（OSA）期刊《光学信件》中，由H2020欧洲项目Glam资助的多机构研究人员（玻璃多重生物传感器）表明，新传感器可以执行与人类相关的蛋白质的无标签检测，这是一种与人类相关的蛋白质。肿瘤发育，在临床上相关的水平。Garcia-Blanco说：“生物传感器可以实现同时筛查各种疾病的护理设备。”“它的操作很简单，不需要复杂的样品处理或传感器操作，使其成为临床应用的绝佳候选者。”

研究人员说，该传感器也具有非生物医学应用的潜力。例如，它也可以用于检测不同类型的气体或液体混合物。

创建高敏性传感器

新的基于芯片的传感器通过用芯片微台面激光器的光照明样品来检测特定分子的存在。当光与感兴趣的生物标志物相互作用时，该激光光的颜色或频率以可检测的方式移动。

为了在尿液样品中进行检测，研究人员必须弄清楚如何整合可以在液体环境中运行的激光器。他们转向光子材料氧化铝，因为当用ytterbium离子掺杂时，它可用于制造一种激光器，该激光器在水的光吸收带中排放在波长范围内，同时仍然可以精确地检测生物标志物。

Garcia-Blanco说：“尽管基于监测激光器的频移的传感器已经存在，但它们通常以几何形式出现，这些几何形状不容易集成在小型的一次性光子芯片上。”“氧化铝可以轻松地在片上进行单层制造，并与标准电子制造程序兼容。这意味着传感器可以在大型工业规模上生产。”

使用微型激光器而不是其他类似传感器中使用的非射击环谐振器打开了前所未有的灵敏度。敏感性源于以下事实：激光线宽比被动环谐振器的共振要窄得多。一旦消除了其他噪声源，例如热噪声，该方法将允许以非常低的浓度从生物标志物中检测到非常小的频率转移。

检测分钟生物标志物浓度

在开发并应用了捕获复杂液体（例如尿液）中感兴趣的生物标志物的表面处理后，研究人员用含有已知生物标志物水平的合成尿液测试了新的传感器。他们能够以低至300皮摩尔的浓度检测S100A4。

Garcia-Blanco说：“该浓度范围内的检测显示了平台无标签生物传感的潜力。”“此外，使用开发的技术可以使检测模块非常简单，从而使其更接近实验室外的最终应用。”

研究人员正在努力将所有相关的光源和信号产生组件纳入芯片中，以使设备更简单地运行。他们还希望开发各种涂层，以便允许对各种生物标志物的平行检测。