Сенсоры на основе 3D-печатных микролазеров для сверхчувствительного биодетектирования
Исследователи разработали 3D-микропечатный сенсор для высокочувствительного биодетектирования на чипе. Сенсор, основанный на полимерном микролазере с модами шепчущей галереи, открывает новые возможности для создания высокопроизводительных и экономичных устройств типа "лаборатория-на-чипе" для ранней диагностики заболеваний.
"В будущем такие микролазерные сенсоры с модами шепчущей галереи можно будет интегрировать в микрофлюидный чип для создания нового поколения устройств "лаборатория-на-чипе" для ультрачувствительного количественного обнаружения множества биомаркеров", — заявил руководитель исследовательской группы А. Пинг Чжан из Гонконгского политехнического университета.
Интеграция микролазерных сенсоров на чип
Оптические микролазерные сенсоры с модами шепчущей галереи работают за счёт улавливания света в крошечных микрополостях. Когда целевые молекулы связываются с полостью, они вызывают незначительные изменения частоты лазера, что позволяет проводить высокочувствительное биодетектирование.
Основная сложность применения таких сенсоров — необходимость использования сужающегося оптического волокна диаметром менее 2 микрон для ввода света, что затрудняет интеграцию в устройства "лаборатория-на-чипе".
Печать прецизионных биосенсоров
Для решения этой проблемы исследователи разработали микролазерный сенсор с подвешенным микродиском в форме улитки Паскаля (Limacon). Такая конструкция обеспечивает низкий порог генерации лазера и создаёт направленное излучение, повышая эффективность и практичность интеграции на чип.
Используя собственную технологию 3D-микропечати с высоким разрешением и гибкостью, учёные смогли быстро напечатать массивы таких биосенсоров.
Эксперименты показали, что биосенсоры обладают очень низким порогом генерации — 3.87 мкДж/мм2 и узкой шириной линии излучения около 30 пм. Сенсоры смогли обнаружить человеческий иммуноглобулин G (IgG) с пределом обнаружения всего в аттограммах на миллилитр, продемонстрировав потенциал для ультранизкого детектирования биомаркеров.
В дальнейшем исследователи планируют интегрировать микролазерные сенсоры в микрофлюидный чип для создания оптофлюидных биочипов, способных к быстрому и количественному одновременному обнаружению множества биомаркеров заболеваний.