諸如血糖試紙等便宜的拋棄式有機生物感測器,有助於讓醫療測試更經濟實惠。德國卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruhe Institute of Technology;KIT)的科學家整合以有機材料製造的訊號放大器以及傳統的有機雷射光源,開發出一種極具成本效益的全新生物感測器類型。

研究人員首度在矽基光學晶片上整合雷射光源與有機放大器,這不僅是奈米電子領域的重大成就,同時也為具成本效益的生物感測器創造更大的潛力,使其得以用於「近患者檢驗」(near-patient testing;NPT),就像目前無需先行消毒殺菌就能直接使用的拋棄式血糖試紙。

「這是有史以??來第一次在矽光子晶片上實現有機雷射,」KIT光子與量子研究所研究員Christian Koos表示,「雷射最明顯的優勢在於能夠以低成本進行大量製造,長遠來看,雷射的成本可望降低至幾歐分。」

在建置有機微晶片過程中的一項重大挑戰是必須以低成本在一個通用基板上整合多種不同的組成。因為製造矽基的光學元件可能需要好幾年的時間。這些所謂的矽光子利用先進微電子製造製程,因而能夠以低成本大量製造出複雜的光子元件。這種次微米元件極其適於建置精巧的生物感測器。然而,時至今日,仍無法在這些晶片上建置光源,因為矽並不是一種良好的光發射器,它的效率差,而且所產生的熱還更甚於光。

![20160316 KIT NT02P1](//images.contentful.com/15mr7p4rjmth/4Q4Cgu7AO4IUugaGM6wkKi/7059c0fe9b1e1c2301b43b9f8735bc50/20160316_KIT_NT02P1.jpg)

因此,KIT研究人員開發出一種全新的紅外線雷射光源——結合矽基奈米級波導以及添加有機顏料的聚合物。透過脈衝光源途徑,這種「有機」雷射光源的操作能量由其上饋入。以此方式創造的雷射光被直接耦合於矽奈米級波導。研究人員因而能夠以1,310nm波長以及大於1W的峰值性能,在該晶片上產生脈衝雷達。藉由施加不同的染料與電射諧振器,從而能夠在整個廣泛的頻譜範圍產生各種不同波長的雷射光束。

這種元件可以實現具有多種整合式雷射光源的生物感測器,並為特定應用案例調諧所需的波長。通常,這種晶片包含能夠在醫療測試中確定有關物質的感測器。為了避免污染,其優點在於能以盡可能最低的成本製造這些元件以及僅使用一次,使其十分適於重點照護(POC)檢測與診斷等應用。

有關這項研究成果的報導已經發佈於《自然通訊》(Nature Communications)期刊中。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Organic laser source enables disposable biosensors,by Christoph Hammerschmidt)