Учёные из Гонконгского политехнического университета разработали высокочувствительный биосенсор на основе микролазера, напечатанного на 3D-принтере. Публикация описывает устройство, представляющее собой полимерный микролазер (whispering-gallery-mode), открывающее новые возможности для создания высокоэффективных и недорогих лабораторных чипов для ранней диагностики заболеваний.

Ключевым моментом разработки является использование уникальной лимаконовидной формы микрорезонатора. Эта форма позволяет преодолеть ряд трудностей, ранее препятствовавших интеграции подобных сенсоров в лабораторные чипы, предназначенные для экспресс-анализов. В частности, лимаконовидная форма обеспечивает направленное излучение света, что упрощает считывание сигнала и делает интеграцию в микрофлюидные системы гораздо более практичной, чем в случае традиционных круглых микрорезонаторов. Использование таперных оптических волокон диаметром менее 2 мкм, сложных в юстировке и чувствительных к внешним воздействиям, становится ненужным.

Благодаря собственной технологии трёхмерной микропечати, учёные смогли быстро создавать массивы биосенсоров с высокой точностью. Технология позволяет получать высококачественные микрорезонаторы с низким порогом генерации (3,87 мкДж/мм2) и узкой линией излучения (около 30 пм). Эксперименты показали, что сенсоры способны детектировать иммуноглобулин G (IgG) в концентрациях, измеряемых аттограммами на миллилитр, что демонстрирует их потенциал для сверхчувствительного обнаружения биомаркеров, используемых в ранней диагностике заболеваний.

Руководитель исследовательской группы, А. Пинг Чжан, отмечает, что в будущем эти сенсоры могут быть интегрированы в микрофлюидные чипы для создания нового поколения лабораторных устройств, позволяющих проводить сверхчувствительное количественное определение множества биомаркеров одновременно. Это открывает перспективы для ранней диагностики таких заболеваний, как рак и болезнь Альцгеймера, а также для борьбы с крупными эпидемиями, подобными пандемии COVID-19.

Достигнутые результаты — значительный шаг вперёд в области биосенсорики. Высокая чувствительность, низкая стоимость производства и возможность интеграции в микрофлюидные системы делают эти сенсоры перспективным инструментом для создания компактных и доступных диагностических устройств, которые могут использоваться как в специализированных лабораториях, так и в условиях первичной медицинской помощи. В дальнейших исследованиях учёные планируют интегрировать микролазерные сенсоры в микрофлюидные чипы для разработки оптофлюидных биочипов, способных одновременно определять несколько биомаркеров различных заболеваний.