科学家研制出一款可探测单个分子、甚至单个原子离子的微型激光器。相关成果由英国埃克塞特大学生命系统研究所团队发表在《自然光子学》，研究人员称该进展为微型激光生物传感打开了新的应用空间，包括面向即时医疗检测与诊断的“芯片实验室”技术。

耳语廊微型激光器：以微型玻璃珠困光

研究所使用的微型激光器是一种小型玻璃珠，尺寸约在0.1毫米（接近一根头发的宽度）到0.01毫米（接近单个细菌的长度）之间。其核心结构为可充当“微型镜子”的腔体，能够发射光并使光沿珠体周边以圆周路径反射循环，这一路径被称为耳语廊模式（WGM）。

由于光在球体内边界持续循环，该装置对表面极其微小的扰动具有敏感性。研究人员指出，既往研究已显示此类微型激光器甚至可被置入活细胞中，用作光学条形码以追踪生物体内细胞运动。

研究团队：瞄准早期诊断与蛋白质结构变化

该研究由埃克塞特大学生命系统研究所物理学教授Frank Vollmer领导。他表示，团队首次将微型激光器的探测能力推进到单原子与单分子尺度，并认为这将推动新一代芯片实验室设备的发展，用于癌症或痴呆症等疾病的早期诊断以及快速病毒检测。

Vollmer同时指出，该技术还可能用于捕捉蛋白质中与酶活性、蛋白质信号传导相关的细微结构变化，而这类变化目前缺乏可实现相应探测的技术手段。

金纳米棒与自混频拍频检测提升灵敏度

为实现单分子乃至单原子离子级别的灵敏探测，研究团队在微型激光器表面引入金纳米棒，将光集中到纳米尺度的“热点”区域，从而把光压缩到接近分子尺度，并放大单个分子或离子结合所引发的效应。

在信号读取方面，团队采用自混频拍频检测技术：当分子或离子结合到纳米热点之一时，会轻微改变球体内顺时针与逆时针激光波形成的拍频频率。系统不直接测量难以察觉的光偏移，而是通过捕捉这一微小频率变化来实现探测。

多拍频信号交叉验证提高可靠性

研究人员还通过同时跟踪多个激光拍频信号，确认单分子事件在不同信号中的一致活动，以提升检测可靠性，并增强对分子相互作用进行高置信度识别与验证的能力。

研究合著者、埃克塞特大学生命系统研究所的Samir Vartabi Kashanian博士表示，该研究所汇聚物理学家、生物学家与化学家，跨学科合作环境有助于将光学物理领域的进展转化为可用的生物传感应用。