據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，荷蘭特溫特大學(xué)的研究人員史無前例地使用帶有集成激光的傳感器芯片來檢測(cè)尿液樣本中極低水平的癌癥生物標(biāo)記物。相比于其他的檢測(cè)方式，這項(xiàng)光學(xué)傳感器芯片檢測(cè)方式更加精準(zhǔn)和廉價(jià)。

該研究小組負(fù)責(zé)人Sonia M.Garcia Blanco說：“目前測(cè)量生物標(biāo)志物水平的方法既昂貴又復(fù)雜，需要在專門實(shí)驗(yàn)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(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(一種與人類腫瘤發(fā)展相關(guān)的蛋白質(zhì))進(jìn)行無標(biāo)記檢測(cè)。

Garcia-Blanco說：“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(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：“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(gè)事實(shí)：激光的線寬比被動(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：“在這個(gè)濃度范圍內(nèi)的檢測(cè)顯示了無標(biāo)簽生物傳感平臺(tái)的潛力。此外，使用開發(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。他們還希望開發(fā)各種涂層，從而可以并行檢測(cè)多種生物標(biāo)志物。