理大电机及电子工程学系教授张阿平教授与其研究团队，成功研发出新型3D微打印光学回音壁模式（WGM）微激光器传感器，具有高灵敏度的特点，适用于芯片上集成生物传感功能，有望应用于癌症、阿兹海默症等疾病的早期诊断，亦可用于应对类似新冠肺炎疫情等重大卫生危机。
这款新型微激光器传感器得以研发成功，受惠于张教授团队自主研发的3D微打印技术，能快速制造特殊设计的3D WGM微腔，并对微腔悬挂微盘进行高精细加工定制。
WGM微腔传感器作为一种精准、毋须标记的生物检测技术，展现巨大潜力。
早期疾病诊断依赖高灵敏的生物标志物检测。光学回音壁模式（WGM）微腔传感器作为一种精准、毋须标记的生物检测技术，展现巨大潜力。然而，要快速制造大规模WGM 微腔传感器数组，并集成于可作生物医学应用的芯片实验室器件*，仍面对不少挑战。香港理工大学（理大）研究团队成功研发出新型3D微打印WGM微激光器传感器，具有高灵敏度的特点，适用于芯片上集成生物传感功能。这项创新研究促进新一代生物检测技术的发展，实现直接、超灵敏与量化的生物标志物测量，推动早期疾病诊断技术的发展。
理大电机及电子工程学系教授张阿平教授及其研究团队结合灵活的3D微打印技术与WGM微激光器的光学优势，成功研发出一款新型传感器——3D微打印蜗线形WGM微激光器传感器。这项创新技术不仅简化了光耦合过程，亦展现卓越的生物传感效能，为芯片上集成生物传感应用奠定重要基础。
张阿平教授表示：「未来可将这些WGM微激光器传感器与微流控芯片集成，研制成新一代的芯片实验室器件，为多种生物标志物进行超灵敏的量化检测。这项技术有望应用于癌症、阿兹海默症等疾病的早期诊断，亦可用于应对类似新冠肺炎疫情等重大卫生危机。」
新研发的微激光传感器设计克服了多种障碍，让传感器能够更顺利地集成到可用于实时医疗诊断的芯片实验室器件上。研究进一步显示，这款微激光器传感器具备优异的谐振特性及极窄的激光线宽，能够检测极低浓度的人体免疫球蛋白G（IgG），一种常见于血液或其他体液中的抗体。
实验结果显示，该款微激光器传感器能够检测浓度低至约70阿克／毫升的人体IgG，突显其在早期疾病诊断中，实现超低浓度生物标志物检测的应用潜力。这项研究以「面向无标记生物检测的3D微打印聚合物蜗线形回音壁模式微激光器传感器」为题，已于国际期刊《光学快报》（Optics Letters）上发表，并获国际光学专业学会OPTICA发布新闻稿进行更广泛的报道。
理大的先进科研设施是支持研究人员实现创新突破的关键。张教授表示：「这款新型微激光器传感器的研发，受惠于我们团队自主研发的3D微打印技术，能快速制造特殊设计的3D WGM微腔，并对微腔悬挂微盘进行高精细加工定制。」
在芯片上集成3D WGM微激光器传感器，对高性能生物传感技术的发展具有重要意义。光学WGM微激光器传感器通过微小微腔让光波进行谐振循环传播。当目标分子在微腔表面结合时，就会引起激光频率的微细变化，从而实现对生物分子的高灵敏检测。
然而，实际应用这些传感器的一大挑战，是需要将光波耦合进出3D WGM微腔传感器。通常这需要用上直径小于两微米的拉锥光纤。如此纤幼的光纤不仅难以对准耦合，亦容易受到各种环境干扰影响。此技术瓶颈限制了WGM微腔传感器与芯片实验室的技术融合，因而影响其在高灵敏生物分子实时检测的应用潜力。
利用微激光器传感器直接发射出的光波，为取代拉锥光纤进行光耦合，提供了一种可行的替代方案。然而，传统WGM微激光器所采用的圆形微腔，在远场光波收集效能上表现有限，导致传感器微弱讯号难以准确解读。
为了克服这项挑战，研究团队设计了一款采用蜗线形悬挂微盘的3D WGM微激光器传感器。该创新设计使微激光器传感器，兼具低激光阈值与定向光发射特性，有效提升光耦合效率，实现实用芯片上集成。
团队利用自主研发的高分辨率及高灵活的3D微打印技术，可以快速制备3D WGM微激光器生物传感器数组。实验结果显示，该微激光器生物传感器具有极低的激光阈值，仅为3.87μJ/mm²，而激光线宽度约为30pm。值得注意的是，该传感器能够检测浓度低至阿克／毫升的IgG，充展现其在早期疾病诊断中，超灵敏检测生物标志物的应用潜力。
展望未来，张教授计划将WGM微激光器传感器集成到微流芯片中，以开发光流控生物芯片，用于多种疾病生物标志物的快速同时量化检测。
*注：芯片实验室器件（Lab-on-a-chip device）是一种将化学或生物分析的多种功能集成到一个微小尺寸的集成电路（芯片）上的技术。
