a, Monitorización unicelular con microláser intracelular. B, Disposición 3D de miofibrillas alrededor de microperlas en cardiomiocitos (MC) neonatales. Núcleo celular (magenta) y microláser (verde). C, Espectro WGM de un microláser y su desplazamiento. D, Microlaser adherido al atrio de un corazón de pez cebra. mi, Cambio del índice de refracción entre la fase de reposo, diástole, y contracción máxima, sístole, para 12 celdas individuales. F, Microlaser extracelular en la parte superior de un CM adulto. Barra de escala de 30 μm. gramo, Rastro de un MC neonatal que golpea espontáneamente durante la administración de nifedipina 500 nM. Adaptado con permiso de Schubert M. et al. Monitorización de la contractilidad en tejido cardíaco con resolución celular mediante microláseres biointegrados. Nature Photonics 14, 452-458, (2020). Crédito:Nikita Toropov, Gema Cabello, Mariana P. Serrano, Rithvik R. Gutha, Matías Rafti, Frank Vollmer
Los microrresonadores en modo de galería susurrante (WGM) están abriendo muchas nuevas direcciones de investigación que permiten la detección de proteínas, enzimas y ADN, hasta moléculas individuales. Una nueva clase de sensores hace uso de microrresonadores activos para expandir drásticamente la funcionalidad y la gama de aplicaciones de sensores WGM, especialmente para ensayos biológicos y químicos. Revisamos los avances más recientes de los microláseres WGM para biosensores y brindamos una perspectiva sobre nuevas e interesantes direcciones de investigación y aplicaciones emergentes de sensores WGM.
Los sensores ópticos sin etiquetas basados en microrresonadores ópticos en modo galería susurrante (WGM) exhiben una sensibilidad extraordinaria para detectar químico, y entidades biológicas, incluso hasta moléculas individuales. Este avance en la detección óptica sin etiquetas es posible gracias a la aplicación del microrresonador óptico, es decir, microesferas de vidrio de 100 um, como cavidad óptica para mejorar la señal de detección. Similar a un microespejo esférico, La cavidad WGM refleja la luz mediante una reflexión interna casi total y, por lo tanto, crea múltiples pasadas de cavidad que mejoran la detección óptica de moléculas de analito que interactúan con el campo evanescente.
En contraste con los microrresonadores WGM 'fríos', los microláseres activos emergentes de WGM tienen el potencial de ampliar significativamente el número de posibles aplicaciones de esta clase de sensores en la detección biológica y química, y especialmente en la detección in vivo. Los microláseres WGM pueden detectar desde el interior del tejido, organismos y células individuales, y se pueden utilizar para mejorar los ya impresionantes límites de detección de una sola molécula de los sensores optoplasmónicos WGM de cavidad "fría".
Aquí, revisamos los avances más recientes de los microláseres WGM en biosensores. En contraste con los sensores WGM de cavidad 'fría', los microrresonadores WGM activos utilizan medios de ganancia como moléculas de colorante y puntos cuánticos para compensar la pérdida óptica y lograr el láser de los modos WGM. Similar a otros láseres convencionales, el láser se observa a partir de líneas espectrales estrechas en los espectros de emisión WGM.
Revisamos los principales componentes básicos de los microláseres WGM, mecanismos de detección recientemente demostrados, los métodos para integrar medios de ganancia en sensores WGM, y las perspectivas de que los sensores WGM activos se conviertan en una tecnología útil en aplicaciones del mundo real. Revisamos los experimentos de detección de microláseres WGM a nivel molecular donde se analizan los espectros láser para estudiar la unión de moléculas, a la detección a nivel celular donde los microláseres están incrustados o integrados con células individuales para permitir nuevas aplicaciones de detección in vivo y seguimiento de células individuales (ver figura).
