科技日報記者 劉霞
英國埃克塞特大學科學家研制出全球首臺可探測單個分子或離子的微型激光器。這一突破有望大幅推動疾病早期診斷與分子級醫(yī)學檢測的發(fā)展，也為開發(fā)微型激光生物傳感技術——包括可實現(xiàn)即時檢測與診斷的“芯片實驗室”提供了新方向。相關論文發(fā)表于最新一期《自然·光子學》雜志。
這種微型激光器形如微小的玻璃珠，直徑介于0.01毫米（約一個細菌長度）到0.1毫米（約一根頭發(fā)絲寬）之間。其內(nèi)部設有一個腔體，如同一個微型反射鏡，使光沿著珠體內(nèi)部邊界不斷環(huán)繞傳播。光線在球體內(nèi)壁持續(xù)循環(huán)，使激光器對其表面的極微弱擾動極為敏感。
團隊在激光器表面修飾了金納米棒，將光壓縮至分子大小并聚焦至納米尺度的“熱點”，以便能放大單個分子或離子在該處結合時所產(chǎn)生的信號。隨后，他們引入自外差拍頻檢測技術——當分子或離子在這些納米“熱點”上結合時，會輕微改變球體內(nèi)順時針與逆時針激光波之間產(chǎn)生的拍頻頻率。系統(tǒng)通過探測頻率的細微變化，而非直接測量極微弱的光強變化，實現(xiàn)了高靈敏檢測。
通過同時追蹤多個激光拍頻信號，團隊能夠確認多個信號內(nèi)發(fā)生的單分子事件，從而提升系統(tǒng)可靠性，并以更高置信度檢測和驗證分子間的相互作用。
團隊表示，他們首次開發(fā)出可在單原子、單分子尺度上進行探測的微型激光器，其探測精度遠超以往，有望用于癌癥、癡呆等疾病的早期診斷，以及病毒的快速檢測。該技術還能探測蛋白質(zhì)的微小結構變化，例如與酶活性和信號傳導相關的蛋白質(zhì)構象變化——這是現(xiàn)有技術難以企及的，有望極大深化人們對疾病發(fā)生機制的理解。
這項研究融合了物理、化學與生物學的前沿知識，對于將光學領域的突破轉化為切實可行的生物傳感應用，具有至關重要的意義。
