瑞典科学家将数百个垂直腔面发射激光器（VCSEL）与光学元件集成在一块1厘米大小的生物传感器芯片上。

瑞典查尔姆斯理工大学的一个研究团队开发了一种基于VCSEL激光的技术，使得制造微型生物传感器成为可能。这种传感器将激光源和光学元件集成在一块1厘米大小的半导体芯片上。

基于表面等离子体共振（Surface-Plasmon Resonance, SPR）的光学生物传感器是研究各种生物分子（例如免疫系统中的抗体）如何相互作用的重要工具。通过这些信息，研究人员可以获得洞察，从而推动新药和疫苗的研发，或评估样本中是否含有感染迹象。

这类传感器将光照射到金表面上，并测量当生物分子放置在表面上时，光反射发生的微小变化。查尔姆斯团队的激光技术使得制造这种微型格式的生物传感器成为可能。

为了能够利用光学传感器监测生物分子的相互作用，精确的激光束必须以非常陡峭的角度照射到金表面上。目前使用的解决方案需要笨重的光学组件（如棱镜），这也使得安装和校准过程耗时费力。

查尔姆斯团队研发的这种基于超构表面（metasurface）的片上表面等离子体共振（SPR）生物传感器，实现了无标记生物分子分析的微型化、芯片级格式。

通过将平面元光学（flat metaoptics）与数百个微型半导体激光器（波长为 λ = 984 nm 的底部发射、氧化物限制型 GaAs VCSEL）集成在一起，可以直接向玻璃基板发射一束用于角度分辨 SPR 测量的准直光扇，从而消除了对传统光学元件的需求。

查尔姆斯理工大学光子学博士生、发表在《ACS Sensors》杂志上的一项研究的主要作者 Erik Strandberg 表示：“利用这项技术，我们希望创造出一种能让医疗专业人员在患者家中采集特定样本的仪器。目前，我们正在评估我们的传感器执行C反应蛋白（CRP）测试的效果。因为这项技术非常通用，可以检测广泛的生物分子相互作用，所以我们看到了针对各种测试的潜在应用。这可以让患者在手术后更早出院——从而腾出医院床位——并减少为了采样而进行的医疗访问次数。”

他补充道：“通过成功地将光学元件与激光源直接集成在芯片上，我们的创新打开了许多大门，是缩小当前生物技术仪器并创建便携式、电池供电系统的关键一步。”

下一步，研究人员计划通过提高传感器的灵敏度以及增加可同时分析的样本数量来进一步开发这项技术。

“到目前为止，我们还没有能够利用芯片上的所有激光器来分析样本，但这个领域为进一步发展提供了巨大的机会。如果我们成功了，我们相信该传感器最终将实现比现有技术允许的同时分析更多的样本。但首先，我们计划创建一个无需广泛培训即可使用的便携式传感器原型。最终目标是让医院和诊所在实验室之外也能使用该传感器，”该研究的高级研究员 Hana Jungová 说道。

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