Lille laboratorium på en chip analyserer meget små mængder væske

Fig.1 Skematisk diagram og fotografi af den nyudviklede terahertz (THz) biokemiske chip. Chippen er lavet af GaAs, en ikke-lineær optisk krystal, og er sammensat af fem metamateriale-enheder og en enkelt mikrokanal på overfladen. Ved at bestråle med en femtosekundlaser fra krystallens bagside, genereres en punkt THz lyskilde til at interagere med opløsningen. Kredit:Kazunori Serita

Forskere fra Institute of Laser Engineering ved Osaka University skabte en prototype af terahertz optisk spektroskopisystem med et føleområde svarende til tværsnitsarealet af kun fem menneskehår. Ved at måle skiftet i spidstransmittansbølgelængden af en terahertz-strålingskilde kan koncentrationen af selv spor opløste forurenende stoffer i en lille dråbe vand måles. Dette arbejde kan føre til bærbare sensorer til applikationer som tidlig påvisning af sygdomme, udvikling af lægemidler og overvågning af vandforurening.

Lab-on-a-chip teknologi er et spændende forskningsområde. Muligheden for at teste patientprøver ved sengen eller overvåge vandkvaliteten ude i marken med en bærbar overvågningsenhed er meget attraktiv. Det kan dog være svært at opnå stærk følsomhed over for koncentrationen af målanalytter af interesse, især når prøver består af meget små mængder væske.

Nu har et team af forskere ved Osaka University brugt en proprietær terahertz-strålingskilde i en mikrofluidisk chip, der indeholder en metamaterialestruktur til at kvantificere mængden af sporforurening i vand. "Ved at bruge dette lab-on-a chip-system kunne vi registrere små ændringer i koncentrationen af spormængder af ethanol, glucose eller mineraler i vand ved at måle skiftet i resonansfrekvenserne," siger førsteforfatter Kazunori Serita.

Fig.2 Plot af resonansfrekvensforskydningen som funktion af mineralkoncentrationen i 85 picoliter vand. Ved at observere størrelsen af skiftet væk fra resonansfrekvensen af rent vand kan det opløste stof detekteres med en følsomhed på 472 attomol. Kredit:Kazunori Serita

I-designet består af en metallisk strimmel med et mellemrum på mikrometerstørrelse, som er klemt ind af andre metalliske strimler. It is periodically arrayed in a row of five units, which formed a kind of "meta-atom," in which peak optical transmittance varied based on the presence of trace contamination by dissolved molecules. This device is an application of the point terahertz source technology previously developed at Osaka University. A tiny source of terahertz light was generated by the irradiation spot of a femtosecond-pulse laser beam that induces a tightly confined electric-field mode at the gap regions. It then modifies the resonance frequency when a microchannel fabricated in the space between the metallic strips is filled with the sample solution.

"We succeeded in detecting just 472 attomoles of solutes in solutions with volumes of less than 100 picoliters, which is an order of magnitude better than existing microfluidic chips," senior author Masayoshi Tonouchi says. This work can lead to significant improvements in portable sensing, both in terms of sensitivity and the amount of liquid required.

The study is published in the Journal of Physics:Photonics . + Udforsk yderligere

Microanalysis of biological samples for early disease detection

Sidste artikelCocrystal engineering:En teknik til at designe multifunktionelle materialer

Næste artikelNy gel viser sig at være et meget justerbart farvefilter