全球首台可探测单分子的微型激光器

日前，英国埃克塞特大学科学家研制出全球首台可探测单个分子或离子的微型激光器。这一突破有望大幅推动疾病早期诊断与分子级医学检测的发展，也为开发微型激光生物传感技术——包括可实现即时检测与诊断的“芯片实验室”提供了新方向。相关研究成果发表在最新一期《自然·光子学》杂志上。

这种微型激光器形如微小的玻璃珠，直径介于0.01毫米(约一个细菌长度)到0.1毫米(约一根头发丝宽)之间。其内部设有一个腔体，如同一个微型反射镜，使光沿着珠体内部边界不断环绕传播。光线在球体内壁持续循环，使激光器对其表面的极微弱扰动极为敏感。

团队在激光器表面修饰了金纳米棒，将光压缩至分子大小并聚焦至纳米尺度的“热点”，以便能放大单个分子或离子在该处结合时所产生的信号。随后，他们引入自外差拍频检测技术——当分子或离子在这些纳米“热点”上结合时，会轻微改变球体内顺时针与逆时针激光波之间产生的拍频频率。系统通过探测频率的细微变化，而非直接测量极微弱的光强变化，实现了高灵敏检测。

通过同时追踪多个激光拍频信号，团队能够确认多个信号内发生的单分子事件，从而提升系统可靠性，并以更高置信度检测和验证分子间的相互作用。

团队表示，他们首次开发出可在单原子、单分子尺度上进行探测的微型激光器，其探测精度远超以往，有望用于癌症、痴呆等疾病的早期诊断，以及病毒的快速检测。该技术还能探测蛋白质的微小结构变化，例如与酶活性和信号传导相关的蛋白质构象变化——这是现有技术难以企及的，有望极大深化人们对疾病发生机制的理解。

这项研究融合了物理、化学与生物学的前沿知识，对于将光学领域的突破转化为切实可行的生物传感应用，具有至关重要的意义。

审核编辑 黄宇