阿尔茨海默症占全世界痴呆症的50%到70%，是一种最常见的痴呆症。尽管阿尔茨海默症的实在成因尚不清晰，但很多研讨外表，其疾病进程与大脑中的纤维状类淀粉蛋白（Αβ）与细胞膜之间的彼此作用有关。因而，在Αβ构成前期，完成对Αβ与细胞膜之间彼此作用的高活络度实时监测在医学、生物学范畴具有重大含义。传统的办法例如圆二色光谱、荧光、散射光谱等具有较弱的光和物质彼此作用，很难在疾病发病曾经对Αβ和细胞膜彼此作用进行监测。
曩昔十几年中，微腔激光器在生物、医学等范畴体现出了巨大潜力。怎么使用微腔激光器反映弱小且重要的生物信息渐渐的变成为热门研讨课题。因为微腔增强了光和物质彼此作用，微腔激光器在生物勘探中具有高活络度、高信噪比等优势，有望勘探传统技能没办法取得的弱小生物信号。
可是，现在绝大部分的微腔激光器只可以经过光谱的波长、强度等参量来反映生物信息，难以对腔内纤细的结构改动完成勘探。而在生物学上，很多的生物进程如分子彼此作用、分子-细胞彼此作用、细胞-细胞外基质彼此作用等均伴跟着结构改动。怎么使用微腔激光器勘探生物进程引起的纤细结构改动成为该范畴亟待解决的关键问题。
针对以上问题，新加坡南洋理工大学Yu-Cheng Chen教授课题组（）开发了一种新式的微腔矢量激光器。该激光器可输出矢量激光而且其激光形式拓扑结构可反映分子彼此作用。该课题组提出横模编码的概念并将其成功应用于Αβ和脂质分子之间彼此作用的动态监测。
如图一所示，研讨者制备了微米量级的液晶球并经过在液晶球外部包裹一层脂质的方法来模仿实在细胞膜与Αβ的彼此作用进程。因为液晶的双折射效应，该激光器可输出矢量偏振光。一起液晶的分子摆放跟着分子彼此作用而改动，从而将脂质层微观的结构改动扩大。依据成果得出，该矢量激光器输出的横模拓扑结构（包含形式阶数、偏振状况）因分子彼此作用而随时刻改动。激光拓扑结构的时域改动与分子浓度、分子量的巨细有关。
研讨人员证明激光拓扑结构的时域改动规则与分子浓度有关。如图二所示，当更高浓度的Αβ分子与液晶外表脂质分子彼此时会触发更快速的拓扑结构改动。依照如图一中所示的编码方法可将每个状况下的输出矢量形式进行编码。每个矢量形式对应一个绝无仅有的条码。经过区别不同条码，可以直观看出每个状况下矢量形式的改变状况。此外，用形式的转化速率作为输出参量，可对不同Αβ浓度下的呼应进行标定。
激光拓扑结构时域改动规则还与分子量有关。如图三所示，在必定条件下Αβ分子构成更大分子量的杂乱结构。试验显现，当具有更杂乱结构的Αβ分子与液晶外表脂质分子彼此时会触发更快速的拓扑结构改动。与荧光勘探手法比较，该矢量激光器可以更活络地反映Αβ分子与脂质分子彼此作用。
这项研讨的含义在于证明微腔矢量激光器输出光的拓扑结构与分子彼此作用存在紧密联系。该团队以为，该技能有望进一步扩展到比如细胞-细胞、细胞-细胞外基质彼此作用的研讨。一起，该技能也为研讨生物操控、生物编程的新式光子器材供给了新思路。
本文的通讯作者为新加坡南洋理工大学电机与电子工程学院Yu-Cheng Chen教授， 榜首作者为课题组博士后龚向阳。该作业与太原理工大学王文杰教授协作。
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