回音壁模式 (WGM) 微谐振器开辟了许多新的研究方向,使其能够检测蛋白质、酶、DNA,甚至单个分子。一类新型传感器利用有源微谐振器,显著扩展了 WGM 传感器的应用功能和范围,尤其是在生物和化学分析领域。我们回顾了 WGM 微激光器在生物传感领域的最新进展,并展望了激动人心的新研究方向和新兴的 WGM 传感器应用。

基于光学回音壁模式 (WGM) 微谐振腔的无标记光学方面表现出卓越的灵敏度。无标记光学检测的这一进步得益于光学微谐振腔(即 100 微米玻璃微球)作为增强了检测信号。类似于球面微镜,WGM 腔体通过近乎全内反射的方式反射光线,从而产生多个腔通道,增强了对与倏逝场相互作用的分析物分子的光学检测。

与“冷”WGM微谐振器相比,新兴的主动式WGM微激光器有望显著扩展此类传感器在生物和化学传感领域,尤其是在体内传感领域的应用范围。WGM微激光器能够从组织、生物体和内部进行传感,并可用于进一步提升“冷”腔光等离子体WGM传感器本已非常出色的单分子检测极限。

本文回顾了WGM微激光器在生物传感领域的最新进展。与“冷”腔WGM传感器相比,有源WGM微谐振器利用染料分子和等增益介质来补偿光损耗,并实现WGM模式的激光发射。与其他传统激光器类似,在WGM发射光谱中,激光发射发生在窄谱线处。

我们回顾了WGM微激光器的主要组成部分、最近演示的传感机制、在WGM传感器中集成增益介质的方法,以及有源WGM传感器在实际应用中成为有用技术的前景。我们回顾了分子水平的WGM传感实验(通过分析激光光谱来研究分子的结合),以及细胞水平的传感实验(将微激光器嵌入或集成到单细胞中,以实现新颖的体内传感和单细胞追踪应用)(见图)。