可穿戴式医疗生物传感器将大大提高灵敏度

　　集成在智能手机、智能手表和其他小工具中的生物传感器即将成为现实。莫斯科物理技术研究所的研究人员在一月份的《传感器》杂志封面上发表的一篇论文中，描述了一种提高生物探测器灵敏度的方法，使其能够用于移动和可穿戴设备。

　　生物传感器是一种实时测定生物流体组成的电化学装置。糖尿病患者使用的血糖仪很可能是目前唯一在大众市场上使用的生物传感设备。但未来学家说，家用电器很快就能分析出汗液、唾液、房水和其他体液，以确定一个人的身份，进行医学测试、诊断疾病、或持续监测个人的健康状况，并据此提出最佳饮食建议。

　　直到最近，这类应用才得到认真考虑，因为现有的设备不够敏感，对消费者市场来说价格昂贵。然而，可能有一个突破即将发生。来自MIPT光子学和二维材料中心的一组研究人员提出了一种全新的生物传感器设计，这种设计可以将探测器灵敏度提高很多倍，并提供同样令人印象深刻的价格下降。

　　来自纳米光学和等离子体学实验室的MIPT研究生Kirill Voronin解释道，“传统的生物传感器包括一个环形谐振器和一个位于同一平面上的波导，”他提出了研究中使用的想法我们决定把这两个元件分开，放在两个不同的平面上，环在波导管上方。

　　研究人员之前没有测试这种传感器布局的原因是，在实验室环境下制造一个扁平的单级装置更容易。通过沉积薄膜并对其进行蚀刻，可以同时产生环形谐振器和波导。替代的两级设计不太方便制造独特的实验设备，但对于大量生产传感器来说，成本更低。其原因是，电子厂的工艺流程是面向逐层放置有源元件的。更重要的是，新的双层生物传感器设计使灵敏度提高了许多倍。

　　生物传感器通过记录有机分子吸附引起的折射率的微小变化来工作。这些变化通过谐振腔检测，谐振条件取决于外部介质的折射率。由于即使是折射率的微小波动也会引起明显的共振峰位移，因此生物传感器对几乎所有落在其表面的分子都有响应。

　　论文合著者、MIPT纳米光学和等离子体学实验室的领先研究员Aleksey arsen说，“我们已经将条形波导放置在谐振器下，在大体积介质中，谐振器依次位于介电基板和外部环境之间的界面处。通过优化两种周围介质的折射率，我们获得了更高的灵敏度。”

　　新提出的生物传感器布局在电介质中既有光源又有检测器。唯一留在外面的是敏感元素。也就是说，金戒指直径几十微米，厚度千分之一。

　　据沃罗宁说，“该研究小组使生物传感器更加灵敏的方法将使这项技术达到一个质的新水平。新的布局旨在使生物传感器更容易制造，因此更便宜，根据我们的原理，光学光刻是制作探测器所必需的唯一技术。不涉及运动部件，在较窄频率范围内工作的可调谐激光器就足够了。”

　　MIPT光子学和二维材料中心的负责人瓦伦廷?沃尔科夫估计，基于这项技术开发一种工业设计大约需要三年时间。