科學家研究出新型，簡單，低成本儀器，通過獲知表面電荷密度或者溶液PH值的變化即可探測出DNA以及其他生物分子。
另一個重要的發(fā)現(xiàn)是，這種基于納米激光器的生物感應器可通過激光輻射強度探測表面電荷的情況，這一點也可被用來探測生物分子的吸收特性。使用激光強度來探測生物分子過程更為簡單，因此比常規(guī)用于感應器的熒光標記或熒光光譜成本低。
在課題組開始研究該生物感應器時，他們所關(guān)注的重點不在于激光輻射強度，因為輻射強度對于激光器的質(zhì)量非常敏感，并且它并不能有效地感應信號。
“一開始我們關(guān)注的是波長的行為，但是很快就注意到（激光輻射）強度會受到溶液pH值和聚合物的影響，” 橫濱國立大學電子與計算機工程系的教授Toshihiko Baba說。“我們的實驗結(jié)果有很高的重復性，而且有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)波長和強度的行為是彼此獨立的。”
這個結(jié)果讓研究人員們很吃驚，他們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象時，用原子層沉淀法將二氧化鋯保護層鍍在儀器表面，之后用該儀器分別探測具有高，低pH值以及含有帶電聚合物的溶液。結(jié)果顯示，保護鍍層對于保護納米激光器不受損壞以及避免不必要的波長移動十分必要。
納米激光器可以感應表面電荷，是因為表面電荷改變了電子在激光器半導體表面態(tài)中的占用率，Baba解釋到：“這就改變了半導體的發(fā)光效率。”
迄今為止，該組的工作是用光子晶體感應器探測表面電荷的首次報道。“這使得基于納米激光器的生物感應器可通過波長和強度兩個參數(shù)來探測生物分子的吸收特性，”Baba說。其結(jié)果涵蓋不同的物理參數(shù)，研究人員可用來進一步分析生物分子的信息。
并且該技術(shù)“僅通過測量強度，也可以探測出生物分子的吸收信息，這一點和傳統(tǒng)方法相比是一個顯著優(yōu)勢，”Baba補充到。
傳統(tǒng)的生物傳感方法“依賴于官能于生物分子的熒光標記，”他說。“據(jù)此，我們通過光激勵便很容易鎖定生物分子，事實上這也是當前應用于生物學和醫(yī)學診斷領(lǐng)域的標準方法。”那么傳統(tǒng)方法的缺點有哪些呢？熒光標記官能化的過程常常費用昂貴。
為了解決這一問題，許多研究組致力于研發(fā)無標記探測方法，比如利用光學諧振腔和電漿態(tài)中的共振。但是這些方法需要用到波長或共振光角的光譜分析，費用依然不菲。
而基于納米激光器的生物感應器通過激光強度的變化來探測生物分子，這樣既不需要標記也不用光譜儀，因此大大簡化了探測的過程，這一方法已經(jīng)在DNA分子中得到了驗證。
談到納米激光生物感應器的潛在應用，研究組希望該技術(shù)“作為一種比以往更為簡單的方法在人類體液如血液中探測DNA分子，探測癌癥以及阿爾茨海默氏癥的標記蛋白，”Baba強調(diào)說。“我們打算進一步研究這種現(xiàn)象的敏感性，選擇性和穩(wěn)定性。如果這些問題都可以被理清，我們將把該技術(shù)推向?qū)嶋H應用。”
“我們的研究項目從2012年開始，將持續(xù)到2016年，最終目標是研發(fā)出基于光子晶體納米激光器的感應器，用來探測生物標記，”Baba說。"我們目前在進一步簡化和發(fā)展感應器，希望在未來幾年內(nèi)可以投入實際應用。”
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