由於COVID-19新冠狀病毒的蔓延，生醫光電研究領域扮演著重要的角色。疾病的早期檢測可以早期發現問題並及早治療，microRNA為一微小非編碼的單股RNA分子，可藉由轉譯效率達到參與調控目標基因的表現。血液中的microRNA已被證實可以當成生物標記來偵測癌症和其他疾病。雖然用聚合酶鏈鎖反應的方法可以準確的偵測microRNA的有無，但偵測所需的時間太長及聚合酶鏈鎖反應機器的售價太高。

　　此技術乃將利用矽波導之Mach-Zehnder干涉儀結合微環共振腔，因相位變化產生Fano共振感測器，此Fano共振高靈敏度能有效提升生物感測之相位靈敏度至10^-7 refractive-index-unit，在microRNA之奈米莫耳濃度的生物感測是可以預期的。

 　　由於呼吸道病毒SARS-CoV-2和COVID-19疫情的出現，引發了全球公共衛生的危機，為了妥善管理和控制疫情蔓延，需要快速、準確、價廉的診斷檢測，以對人群進行廣泛與大規模的監測。

　　目前的診斷技術基本上是依靠酶鏈反應(PCR)來提供所需的靈敏度(Sensitivity)與特異性檢測。然而，其產出結果的時間相對較長，以及需要將樣品運送至專門實驗室，如此將延誤大規模的檢測速率。包含抗原(Antigen)和核酸(DNA)測試的快速側層流分析法(Lateral Flow Test)是快速處理診斷的一個顯著替代方法，但其並不能達到診斷的可靠性與監測的靈敏度。光子生物感測器具有高靈敏度、操作穩定性與無標記功能，是超越此類關鍵問題的最佳選擇，同時可以積體化至移動的儀器設備中，以提供實驗室外的即時檢測(Point-of-Care Testing)。

　　絕緣層上覆矽(Silicon-on-insulator, SOI)基板近年來被廣泛應用於生醫感測元件的研究，主要是因為SOI基板之光波導核心層與包覆層間的高折射率係數差，使得光元件體積小，並可與互補式金屬氧化物半導體製程完全相容，有利於未來高密度光電積體電路的發展。

　　本技術將利用Mach-Zehnder干涉儀結合微環共振腔作為感測器，其新穎性為藉由干涉儀的相位的變化，來使微環共振之耦合光場變為Fano共振，此Fano共振高靈敏度是傳統微環共振腔感測器所無法達到的。之後經由窗口傅立葉轉換與反轉換後，可得到耦合光場的相位資訊，如此可檢測不同待測物濃度之折射率變化，此方法將能有效提升生物感測之相位靈敏度。量測上則是採用1310-nm波長窄頻掃頻雷射作為光源，以光偵測計量測干涉光場後，利用資料擷取卡取得光頻譜圖。模擬顯示此生物感測量測極限至少可達10^-7 refractive index unit (RIU)，是適用於奈米莫耳濃度的微小核糖核酸之生物檢測。

　　感測方式為光譜的相位變化量測（如圖一），研究團隊使用可調式波長雷射入射至結合上下兩微環型共振器與Mach-Zehnder Interferometer (MZI)的光元件系統，藉由微環型共振器與MZI的不同光程差之互相干涉，再由平衡光偵測器(Balanced Photodetector, BPD)得到輸出端的光譜圖，經由電腦程式對光譜作傅立葉轉換以及窗函數傅立葉反轉換，藉此得到當待測物的生化反應改變時之相位位移。由於變化MZI的光程差，輸出端可以產生一般共振與法諾共振(Fano resonance)兩種光學現象，研究結果發現由背景和共振散射間干涉所產生的非對稱散射之法諾共振具有較高的生物感測解析度。同時由提高窗函數選取空間域訊號的階數(Order)，可以再進一步提升靈敏度。此由待測物折射率改變導致的相位變化方法，比傳統的微環型共振波長變化更靈敏，因此能感測到更細微的待測物濃度變化。

圖一：雙微環型共振器耦合MZI形成之Fano共振生物感測器

　　綜合上面所述，Fano-共振效應是通過在MZI的另一臂上實施第二個微環共振器來產生的。通過調整MZI的相位差和附加微環共振器的作用，可以有效提高Fano-共振的靈敏度，檢測極限可以達到10^-7 RIU。