光子晶体220纳米激光生物传感器和激光模态剖面示意图.

(右上):无纳米槽的模态剖面，在纳米槽位置模态最为强烈。(底):InP基底上的量子阱GaInAsP管。将形成光子晶体的周期性孔修饰成中央槽(左上)，这是传感器的主要部分。图片来源：Toshihiko Baba/Yokohama National University.

酶联免疫吸附剂测定（ELISA）一直是检测和量化溶液中抗体和抗原的主流方法，纳米激光器可作为生物传感器聚焦。

日本横滨国立大学（Yokohama National University）电子与计算机工程系工程教授Toshihiko Baba团队开发出了一种光子晶体纳米激光器，可有效的用于多个生物医药的一次性传感器。相关结果发表于《MRS通讯》（MRS Communication）期刊上，实验显示出可检测出蛋白质、内毒素以及DNA序列等目标物。

酶免疫用于测定体液当中的蛋白是否与某些疾病有关。当代的免疫测定往往需要昂贵的荧光标识和复杂的流程。此外，对于很多重要蛋白而言，检测限往往不足。现在，Baba旨在开发“一种超越现有标准技术的免疫传感器”，利用纳米激光的敏感性来改变折射率和表面电荷。

Baba说：“我们感兴趣的是将纳米激光器用于免疫传感。它有望用于检测毒素、细胞以及化学物质。然而，目前光子传感器还未曾在医疗领域得以应用。迄今为止，ELISA一直都领先于这些报道。”

该团队利用具有空穴晶格的InGaAsP晶片来制备纳米激光，光子晶体通过空气层与InP基底相隔离。改变其中的数个空芯额可以使得纳米激光器在980nm泵浦下激发出1550nm左右的光。腔体中流体折射率的变化改变了不同浓度蛋白溶液的上浸渍，纳米激光波长也是如此。利用已知的课与目标分子结合的分子对纳米激光器进行功能化可以使其具有生物特异性。这意味着纳米激光器表面具有固定的抗体，可用于蛋白检测。

Baba说：“我们可以检测出比ELISA检测限更低的蛋白含量。这意味着我们可以采用更低浓度的蛋白来作为各种疾病的生物标识，这能够提高诊断概率。”

体液当中的蛋白质可用于识别某些特殊疾病。然而，现有的检测手段受到了检测灵敏度的限制。如果可以检测出更低的浓度，那么就可以提高诊断。

对于前列腺癌的筛查，现在检测前列腺特异性抗原的方法在临界值上是有效的，但更低就不行了。利用纳米激光器在牛血清白蛋白上的实验表明，可以检测出低于pM = 10-12M的浓度，远低于术后监测所需的范围。此外，Baba团队在培养细胞和淋巴细胞上检测出10pM的阿尔茨海默病的蛋白标识，这比ELISA低了两个数量级。

纳米激光器的灵敏度可通过表面改性来调节，因而也可用于检测其他分子。可以快速检测出内毒素；现在的方法是在与试剂反应的过程中形成凝胶，这种方法很慢。Baba的团队检测到波长偏移，因为凝胶化的速度要快于标准的检测。他们发现通过改变波长和激光发射强度，对连接到纳米激光器的探针进行杂化，可用于检测DNA。这可以省掉检测特定序列所需的传统标签。

也有过其他基于光子的无标识蛋白质传感方法，但都面临着从非特异性结合和其他污染所引起的噪声中区分出信号的挑战。纳米激光传感器可适用于靶蛋白的选择性结合，对样品损伤最小、重复性好、成本低、操作简单。

华盛顿大学电气工程师、物理学家ArkaMajumdar（其并未参与该项研究）说到，“这项研究表明灵敏度很高，且具有可扩展性。但特异性仍然取决于功能化，不单单是激光。”

Baba计划继续研究，为每个靶向生物分子提供更高的稳定性和量化。 

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮