早期疾病診斷依賴高靈敏的生物標誌物檢測。光學回音壁模式（WGM）微腔傳感器作為一種精準、毋須標記的生物檢測技術，展現巨大潛力。然而，要快速製造大規模 WGM 微腔傳感器陣列，並集成於可作生物醫學應用的芯片實驗室器件，仍面對不少挑戰。香港理工大學（理大）研究團隊成功研發出新型 3D 微打印WGM 微激光器傳感器，具有高靈敏度的特點，適用於芯片上集成生物傳感功能。這項創新研究促進新一代生物檢測技術的發展，實現直接、超靈敏與量化的生物標志物測量，推動早期疾病診斷技術的發展。
理大電機及電子工程學系教授張阿平教授與其研究團隊，成功研發出新型3D微打印光學回音壁模式（WGM）微激光器傳感器，具有高靈敏度的特點，適用於芯片上集成生物傳感功能，有望應用於癌症、阿茲海默症等疾病的早期診斷，亦可用於應對類似新冠肺炎疫情等重大衛生危機。
理大電機及電子工程學系教授張阿平教授及其研究團隊結合靈活的 3D 微打印技術與WGM 微激光器的光學優勢，成功研發出一款新型傳感器——3D 微打印蝸線形 WGM微激光器傳感器。這項創新技術不僅簡化了光耦合過程，亦展現卓越的生物傳感效能，為芯片上集成生物傳感應用奠定重要基礎。
張阿平教授表示：「未來可將這些 WGM 微激光器傳感器與微流控芯片集成，研製成新一代的芯片實驗室器件，為多種生物標誌物進行超靈敏的量化檢測。這項技術有望應用於癌症、阿茲海默症等疾病的早期診斷，亦可用於應對類似新冠肺炎疫情等重大衛生危機。」
這款新型微激光器傳感器得以研發成功，受惠於張教授團隊自主研發的 3D微打印技術，能快速製造特殊設計的3D WGM 微腔，並對微腔懸掛微盤進行高精細加工定制。
新研發的微激光傳感器設計克服了多種障礙，讓傳感器能夠更順利地集成到可用於即時醫療診斷的芯片實驗室器件上。研究進一步顯示，這款微激光器傳感器具備優異的諧振特性及極窄的激光線寬，能夠檢測極低濃度的人體免疫球蛋白 G（IgG），一種常見於血液或其他體液中的抗體。
實驗結果顯示，該款微激光器傳感器能夠檢測濃度低至約 70 阿克／毫升的人體 IgG，突顯其在早期疾病診斷中，實現超低濃度生物標誌物檢測的應用潛力。這項研究以「面向無標記生物檢測的 3D 微打印聚合物蝸線形回音壁模式微激光器傳感器」為題，已於國際期刊《光學快報》（Optics Letters）上發表，並獲國際光學專業學會 OPTICA發布新聞稿進行更廣泛的報道。
理大的先進科研設施是支持研究人員實現創新突破的關鍵。張教授表示：「這款新型微激光器傳感器的研發，受惠於我們團隊自主研發的 3D 微打印技術，能快速製造特殊設計的 3D WGM 微腔，並對微腔懸掛微盤進行高精細加工定制。」
WGM微腔傳感器作為一種精準、毋須標記的生物檢測技術，展現巨大潛力。
在芯片上集成 3D WGM 微激光器傳感器，對高性能生物傳感技術的發展具有重要意義。光學 WGM 微激光器傳感器通過微小微腔讓光波進行諧振循環傳播。當目標分子在微腔表面結合時，就會引起激光頻率的微細變化，從而實現對生物分子的高靈敏檢測。
然而，實際應用這些傳感器的一大挑戰，是需要將光波耦合進出 3D WGM 微腔傳感器。通常這需要用上直徑小於兩微米的拉錐光纖。如此纖幼的光纖不僅難以對準耦合，亦容易受到各種環境干擾影響。此技術瓶頸限制了 WGM 微腔傳感器與芯片實驗室的技術融合，因而影響其在高靈敏生物分子即時檢測的應用潛力。
利用微激光器傳感器直接發射出的光波，為取代拉錐光纖進行光耦合，提供了一種可行的替代方案。然而，傳統 WGM 微激光器所採用的圓形微腔，在遠場光波收集效能上表現有限，導致傳感器微弱訊號難以準確解讀。
為了克服這項挑戰，研究團隊設計了一款採用蝸線形懸掛微盤的 3D WGM 微激光器傳感器。該創新設計使微激光器傳感器，兼具低激光閾值與定向光發射特性，有效提升光耦合效率，實現實用芯片上集成。
團隊利用自主研發的高分辨率及高靈活的 3D 微打印技術，可以快速製備 3D WGM 微激光器生物傳感器陣列。實驗結果顯示，該微激光器生物傳感器具有極低的激光閾值，僅為 3.87μJ/mm²，而激光線寬度約為 30pm。值得注意的是，該傳感器能夠檢測濃度低至阿克／毫升的 IgG，充展現其在早期疾病診斷中，超靈敏檢測生物標誌物的應用潛力。
展望未來，張教授計劃將 WGM 微激光器傳感器集成到微流芯片中，以開發光流控生物芯片，用於多種疾病生物標誌物的快速同時量化檢測。*註：芯片實驗室器件（Lab-on-a-chip device）是一種將化學或生物分析的多種功能集成到一個微小尺寸的集成電路（芯片）上的技術。
