以有机雷射光打造抛弃式生物传感器

2016-03-22 09:17:00
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        诸如血糖试纸等便宜的抛弃式有机生物传感器,有助于让医疗测试更经济实惠。德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology;KIT)的科学家整合以有机材料制造的信号放大器以及传统的有机雷射光源,开发出一种极具成本效益的全新生物传感器类型。

        研究人员首度在硅基光学芯片上整合雷射光源与有机放大器,这不仅是纳米电子领域的重大成就,同时也为具成本效益的生物传感器创造更大的潜力,使其得以用于 “近患者检验”(near-patient testing;NPT),就像目前无需先行消毒杀菌就能直接使用的抛弃式血糖试纸。

        “这是有史以来第一次在硅光子芯片上实现有机雷射,”KIT光子与量子研究所研究员Christian Koos表示,“雷射最明显的优势在于能够以低成本进行大量制造,长远来看,雷射的成本可望降低至几欧分。”

        在建置有机微芯片过程中的一项重大挑战是必须以低成本在一个通用基板上整合多种不同的组成。因为制造硅基的光学组件可能需要好几年的时间。这些所谓的硅光子 利用先进微电子制造工艺,因而能够以低成本大量制造出复杂的光子组件。这种次微米组件极其适于建置精巧的生物传感器。然而,时至今日,仍无法在这些芯片上 建置光源,因为硅并不是一种良好的光发射器,它的效率差,而且所产生的热还更甚于光。

        因此,KIT研究人员开发出一种全新的红外线雷射光源——结合硅基纳米级波导以及添加有机颜料的聚合物。透过脉冲光源途径,这种“有机”雷射光源的操作能量由其上馈入。以此方式创造的雷射光被直接耦合于硅纳米级波导。研究人员因而能够以1,310nm波长以及大于1W的峰值性能,在该芯片上产生脉冲雷达。藉由施加不同的染料与电射谐振器,从而能够在整个广泛的频谱范围产生各种不同波长的激光束。

        这种组件可以实现具有多种整合式雷射光源的生物传感器,并为特定应用案例调谐所需的波长。通常,这种芯片包含能够在医疗测试中确定有关物质的传感器。为了避免污染,其优点在于能以尽可能 最低的成本制造这些组件以及仅使用一次,使其十分适于重点照护(POC)检测与诊断等应用。

        有关这项研究成果的报导已经发布于《自然通讯》(Nature Communications)期刊中。

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updated: 2020-10-28 23:01:50