微谐振器可对纳米颗粒进行高灵敏度的测量和成像

日本冲绳科学技术大学（OIST）研究生院的科学家开发了一种基于光的设备，该设备可用作生物传感器，可检测材料中的生物物质，例如食物中的有害病原体。科学家们说，他们的工具，光学微谐振器，比目前的行业标准生物传感器灵敏280倍，后者只能检测颗粒组的累积效应，而不能检测单个分子。

微谐振器是用于单粒子光热吸收光谱学新方法的核心，微谐振器可充当微型温度计，以检测由光学泵浦的纳米靶材散发的热量。但是，将此技术转换为化学动力系统需要一个机械稳定、解决方案兼容且透明的平台。对于这项研究，微泡吸收光谱仪充当了满足这些要求的平台。这些微气泡在回音壁模式微谐振器中集成了一个两端口微流控设备，可以在谐振器内部交换化学试剂，同时保持无溶液的外部环境。

一个微泡谐振器的光热图，既不合焦（左上），又合焦（左下）。 两个具有不同几何形状的微泡谐振器的光学显微照片（右）。 比例尺：20 µm。由ACS Nano提供。

冲绳科学技术大学研究人员与威斯康星大学的科学家合作，在微泡共振器的内部镀了金纳米棒。他们向纳米棒上照射激光束以加热纳米棒，然后观察纳米棒在暴露于某些化学物质和光场时其形状、方向和表面化学性质如何变化。单个金纳米棒的光活化蚀刻为研究人员提供了一种方法，可以在纳米颗粒进行化学反应时快速获取有关纳米颗粒的空间和形态信息。纳米棒中的温度升高导致谐振器发出的光频率发生偏移。然后，科学家能够以非常高的分辨率对纳米颗粒温度的这些变化进行测量和成像。接下来，科学家计划将这种光热传感技术应用于蛋白质。他们将用蛋白质而不是金纳米棒覆盖共振器的内部，然后观察蛋白质形状的变化是否会改变蛋白质的光学和热学性质。

研究人员认为，他们的方法对于检测微小病毒或单条DNA链也可能有用。研究人员乔纳森·沃德说：“通常，如果要获得微小蛋白质的高分辨率图像，则需要一台会损坏蛋白质的电子显微镜。”“尽管仍有许多技术挑战需要克服，但商业化的潜力是巨大的。”