生物标记物是研究人员感兴趣的小分子，因为它们可以指示潜在疾病，通常甚至在症状出现之前。然而，检测这些标记物可能具有挑战性，因为它们通常含量极低，尤其是在疾病的早期阶段。传统的检测方法虽然有效，但通常需要棱镜、金属膜或光学物镜等昂贵的组件。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员在最近发表在《应用物理快报》上的一篇论文中揭示了一种检测低浓度生物标志物的新方法，为使用简单、灵敏度高、价格低廉的生物检测技术铺平了道路。

“这项技术的目标是早期诊断，能够在很早的时候检测出与疾病相关的非常低浓度的分子，有时是百万分之几的分子，”Brian Cunningham 实验室的博士后研究员、这项研究的第一作者 Seemesh Bhaskar 说。“例如，寻找非常小浓度的微 RNA、循环肿瘤 DNA 和外泌体，可以帮助确定患者是否会在一两年后患上癌症。”

早期检测生物标志物对于有效预测和管理疾病至关重要。测量生物标志物的存在和浓度的方法有很多，但一种常见的方法是将它们与一种称为荧光团的荧光分子结合，荧光团在受到光激发时会发出荧光。

Bhaskar 指出，虽然目前已经有技术能够检测这些低浓度的荧光生物标志物，但它们通常体积庞大、价格昂贵，限制了它们在医疗保健领域的普及，特别是在资源有限的地区。

该方法包含一种用于检测光的新现象，称为辐射导模共振，它利用光子晶体——表面有小光栅的薄玻璃片。这些光栅有助于通过转向效应引导光子(即光的小粒子)沿着路径从生物标记物发射出来。该路径被“调整”以匹配生物标记物发射的荧光波长，从而优化光收集并提高检测灵敏度。

Bhaskar 将此比作晶体内光能的有节奏的舞蹈，其中光被放大，同时具有光子晶体的特性。晶体的一个特性称为偏振选择，它均衡了光的偏振，使荧光检测更清晰、更准确。总之，这可以产生 100 倍强的输出。

“对我来说，这是研究光本身属性的全新方式，”Bhaskar 说道。“光子在穿过光子晶体时会适应、改变和演化。光会获得新的特性，但不会失去其本质。这证明了光的适应性和变革能力。”

这一新现象的发现为未来的检测平台奠定了基础，该平台将能够在不依赖昂贵组件的情况下检测皮摩尔级别的分子，从而使生物检测技术更加灵敏、更容易获得、更实惠。

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