硅氮微環(huán)諧振器與芯片濾波器光譜儀在生物傳感中的應(yīng)用

羅切斯特大學(xué)的研究人員成功地證明了光子微環(huán)諧振器生物傳感器與芯片微環(huán)濾波器組光譜儀的集成，用于控制檢測血清中的炎癥生物標(biāo)志物C-反應(yīng)蛋白（CRP）。
 

圖1.與環(huán)形濾波器組集成用于光譜分析的傳感環(huán)諧振器的工作原理。暴露的感應(yīng)環(huán)可能在表面上具有共價連接的捕獲抗體�？烧{(diào)諧激光源與感應(yīng)環(huán)的輸入對齊，并掃描波長。（a）在沒有分析物的情況下，傳感環(huán)的共振波長對應(yīng)于第二個光譜儀環(huán)的共振波長，最大功率是從通道2測量的。（b） 當(dāng)分析物與捕獲抗體結(jié)合時，傳感環(huán)的共振波長向更長的波長移動。該波長現(xiàn)在更接近光譜儀環(huán)4的波長，并且從通道4測量最大的功率。

文中展示了這一概念，用于蔗糖溶液的批量傳感和血清中生物相關(guān)濃度的C反應(yīng)蛋白（CRP）的特異性檢測。
 

圖2.（a） 4×4.4毫米布局，包含六個傳感器環(huán)耦合濾波器組。這些設(shè)備用于體傳感實驗，每個器件的占地面積為 2 × 1 mm，單個輸入，來自傳感環(huán)T的傳輸輸出。1、六個濾波器組輸出和一個來自濾波器組總線波導(dǎo) T 的傳輸輸出。2、九個邊緣耦合波導(dǎo)由用于光輸入和輸出的九通道光纖陣列同時尋址。黑色輪廓的微流體通道使流體能夠輸送到傳感環(huán)。（b） 4×5.8毫米布局，內(nèi)含<>個雙環(huán)耦合濾波器組，用于受控生物傳感實驗。（c） 從供應(yīng)商處收到的切塊濾波器組模具。

裸露傳感環(huán)的直徑為197.270 μm，耦合間隙為650 nm，在水包層下在2 nm波長下產(chǎn)生約2.1550 nm的FSR。氧化物包覆光譜儀環(huán)的設(shè)計直徑為197.169 μm，耦合間隙為750 nm，以實現(xiàn)約2.2 nm的相同F(xiàn)SR范圍。
 

圖3.微流體組裝（a）用于流體輸入和輸出的聚酰亞胺管。輸入側(cè)連接到壓力驅(qū)動泵，輸出側(cè)排放到插座。（b）PDMS墊片，有兩個狹窄的垂直開口，用于聚酰亞胺管。（c）兩層3M膠粘劑通道。（d）光纖陣列光輸入和輸出。（e）邊緣裸露的光子芯片，允許光耦合。（f）溫控階段。
 

Scienion SciFLEXARRAYER SX是一種高精度的超微量液體處理系統(tǒng)，非常適合用于制造微環(huán)共振器生物傳感器。該系統(tǒng)可以精確地控制液滴的位置和體積，并且可以在多種材料上進行打印。實驗中，通過使用Scienion SciFLEXARRAYER SX將抗體溶液直接打印在傳感環(huán)上，將抗體共價附著在功能化的芯片表面。

總之，這項研究為開發(fā)新型生物傳感器提供了新思路，并為未來的醫(yī)療保健設(shè)備發(fā)展提供了更多可能性。