Plasmon‐Coupled GaN Microcavity for WGM Lasing and Label‐Free SERS Sensing of Biofluids

激光阈值 材料科学 生物分子 低语长廊波浪 光电子学 生物传感器 等离子体子 拉曼散射 表面等离子共振 激光器 胶体金 拉曼光谱 纳米技术 谐振器 光学 纳米颗粒 波长 物理
作者
Jianli Sun,Wangqi Mao,Chuansheng Xia,Weian Wang,Qiannan Cui,Zengliang Shi,Gangyi Zhu,Mingliang Wang,Chunxiang Xu
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:12 (7) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adom.202301989
摘要

Abstract A signal amplification strategy is always required to improve sensing performance, especially for mass‐prepared, miniature and highly sensitive testing equipment. Herein, an on‐chip integrated biosensor combining microcavity lasing and surface enhanced Raman scattering (SERS) for label‐free biochemical analysis is developed. The gallium nitride (GaN) microrings array is fabricated as a whispering gallery mode microlaser based on totally internal wall reflection, and gold nanoparticles (AuNPs) are further assembled on the cavity surface to confine the optical field synergistically. The improvement of lasing capability indicates the strong light‐matter interaction that is conducive to superior response of biomolecules. As a functional example, a GaN/AuNPs substrate is employed in a urine assay, which avoids the shortcomings of requiring specific reactive reagents on different display modules. Ultimately, the chip not only realizes a wide range of pH (3.6–7.8) identification depending on the ultra‐sensitivity feedback of lasing to the refractive index of liquids, but also significantly enhances SERS signals to enable real‐time determination of the biomolecules in human urine. Even the lowest levels of creatinine (0.02%) can be quantitatively detected in less than a minute; thus this work with dual‐mode spectral analyses realizes rapid diagnosis for urinary systems, as well as provides a more accurate reference for the screening of other diseases.
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