无需光刻机，能够直接打印出来的生物芯片

如果把漫长的医疗检测比作抓“小偷”——要耗费数小时甚至数天才能抓到正确的疾病信号，即时检测（POCT，Point-of-Care Testing）就是在案发现场直接破案的警察。

它不需要把样本送回大型实验室，在基层诊所甚至野外都能迅速出结果。小、快、准又便宜的全印刷光子晶体生物芯片就是要把POCT的优势发挥到极致。

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光之迷宫，捉住疾病信号

POCT指的是在患者身边直接完成检测并给出结果的技术。其实我们对此并不陌生，糖尿病患者常备的血糖仪就是一个典型的POCT器材。

重点是，它怎么和光子晶体扯上了关系？

“光子晶体”听起来高大上，其实简单来说，就是一种由很多微小“乳胶纳米球”自组装形成的结构。

你可以把光子晶体想象成“给光设计的水晶迷宫”，它内部有规则排列的微纳结构，能像电子晶体控制电子那样，精准控制光的传播路径。

在某些波长范围内，它会形成所谓的“光子禁带”，和半导体领域的“电子禁带”很像，特定波长的光不能通过这里，或者被反射掉。

用到POCT领域，当目标分子如蛋白质、病原体，结合到光子晶体表面时，会改变光子晶体的局部折射率。这种变化会影响光在晶体中的传播方式。换句话说，它能将分子的荧光信号放大，如同放大镜一样，使检测灵敏度飙升，从而实现对特殊标识物的捕捉。

这就是光子晶体能作为生物传感器的最主要原因。

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生物芯片的“优质基底”

至于它是怎么跟“芯片”有了联系，就要再提一下我们此前曾介绍过的“生物芯片”。

生物芯片是一块上面布满微小检测阵列的设备，每个点都能识别一种生物分子。光子晶体可以作为生物芯片的基底，类似于半导体行业芯片的硅底。

光子晶体与生物芯片的结合就能造出小面积、检测快、结果准、成本低的新型POCT设备。

同样和半导体行业高端芯片制造一样，如何实现这类精密结构的大规模、低成本制造，是产业化的瓶颈。

最近，中国科学院化学研究所的宋延林、苏萌团队想了个妙招：用纳米级的“印刷机”来做光子晶体芯片。

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从未有过的芯片“流水线”

基于团队之前积累的纳米绿色印刷技术，他们将光子晶体的制备过程转化为“全印刷工艺”，印报纸似的就能造出新型生物芯片。

具体来看，研究人员先研制出特殊的光子晶体“墨水”，核心是粒径为150-320纳米的乳胶球；这种墨水通过喷墨打印在塑料片（PET）基材上，经100-150℃热烧结固化，形成耐水的周期性纳米结构。

这么一台胜似光刻机的“打印机”，能在微米甚至纳米级别，精准地刻画出复杂的微纳光学结构，且每小时可生产2700片芯片！不仅解决了传统光刻技术成本高、产能低的问题，还赋予芯片设计极大的灵活性。

医疗业内人士表示，越是资源紧缺、人手不足的地方，越需要新技术。

其中关键的是技术要用最简便的方式实现效益最大化，真正下沉到基层社区。“最好不需要太多成本，不需要昂贵的检测设备和实验环境，对操作人员要求也不高，否则那些技术不可能在基层实施。”这么看来，能检测更多疾病的POCT才更符合基层工作和家庭自用的需求。

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编辑｜张毅

主编｜黎坤

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