泵浦光耦合到设备，在微环谐振器中产生激光。谐振器的表面装有捕获感兴趣的分析物的探针（环上的红色锚分子）。环中的激光延伸到流体中。当感兴趣的分析物（蓝色三角形）附着在捕获探针上时，微环激光器外部的场会感应到这种情况，从而改变了激光发射的频率。可以非常精确地测量此偏移，从而可以检测到以“特定”方式流过传感器的微量分析物（即，粉红色颗粒没有与捕获层结合，因此无法检测到）。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），并且可以看到微流体通道，其中不同的颗粒从左到右流动。图片来源：Rick Seubers，特温特大学光学科学组

研究人员首次使用带有集成激光器的基于芯片的传感器来检测尿液样本中极低水平的癌蛋白生物标志物。这项新技术比其他设计更加敏感，并且可能导致非侵入性和廉价的方法来检测指示疾病存在或进展的分子。

荷兰特温特大学的研究小组负责人索尼亚·加西亚·布兰科说：“目前测量生物标志物水平的方法既昂贵又复杂，需要在专门实验室进行活检和分析。” “我们开发的新技术为更快，超灵敏地检测生物标志物铺平了道路，这将使医生能够及时做出决定，从而改善包括癌症在内的医疗条件的个性化诊断和治疗。”

在光学学会（OSA）的Optics Letters杂志中，由H2020欧洲项目GLAM（玻璃多路复用生物传感器）资助的多机构研究小组表明，这种新传感器可以对与人类相关的蛋白质S100A4进行无标记检测。临床相关水平的肿瘤发展。

Garcia-Blanco说：“生物传感器可以使即时医疗设备同时筛查各种疾病。” “它的操作简单，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理想选择。”

研究人员说，这种传感器在非生物医学领域也具有潜力。例如，它也可用于检测不同类型的气体或液体混合物。

创建高灵敏度传感器

新型基于芯片的传感器通过用片上微型磁盘激光器发出的光照射样品来检测特定分子的存在。当光与感兴趣的生物标记物相互作用时，该激光的颜色或频率以可检测的方式移动。

为了对尿液样本进行检测，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。他们转向光子材料氧化铝，因为当掺入离子时，它可用于制造在水的光吸收带之外发射波长范围内发射的激光，同时仍然能够精确检测生物标记。

Garcia-Blanco说：“尽管已经存在基于监视激光频率偏移的传感器，但它们通常具有不容易集成在小的一次性光子芯片上的几何形状。” “氧化铝很容易在芯片上单片制造，并且与标准的电子制造程序兼容。这意味着传感器可以大规模工业规模生产。”

使用微盘激光器而不是其他类似传感器中使用的非激光环形谐振器打开了前所未有的灵敏度之门。灵敏度来自这样的事实，即激射线宽比无源环形谐振器的谐振窄得多。一旦消除了其他噪声源（例如热噪声），此方法将允许在非常低的浓度下检测到来自生物标志物的非常小的频移。

检测微小的生物标志物浓度

在开发并应用了可捕获复杂液体（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这种新传感器。他们能够以低至300皮摩尔的浓度检测到S100A4。

Garcia-Blanco说：“在此浓度范围内的检测显示了无标记生物传感平台的潜力。” “此外，使用开发的技术可以使检测模块非常简单，使之更接近实验室之外的最终应用。”

研究人员正在努力将所有相关的光源和信号生成组件整合到芯片上，以使该设备更易于操作。他们还希望开发各种涂层，从而可以并行检测多种生物标志物。