En ny Raman kemisk sensor lavet af nudellignende tråde af guld

Forskere skabte en speciel ultratynd sensor, spundet af guld, som kan fastgøres direkte til huden uden irritation eller ubehag. Sensoren kan måle forskellige biomarkører eller stoffer for at udføre kemisk analyse på kroppen. Det fungerer ved hjælp af en teknik kaldet Raman-spektroskopi, hvor laserlys rettet mod sensoren ændres lidt afhængigt af hvilke kemikalier, der er til stede på huden på det tidspunkt. Sensoren kan finjusteres til at være ekstremt følsom, og er robust nok til praktisk brug.

Bærbar teknologi er ikke noget nyt. Måske bærer du eller en du kender et smartwatch. Mange af disse kan overvåge visse sundhedsmæssige forhold såsom hjertefrekvens, men på nuværende tidspunkt kan de ikke måle kemiske signaturer, som kunne være nyttige til medicinsk diagnose. Smartwatches eller mere specialiserede medicinske skærme er også relativt omfangsrige og ofte ret dyre. Tilskyndet af sådanne mangler søgte et hold bestående af forskere fra Institut for Kemi ved University of Tokyo en ny måde at fornemme forskellige sundhedstilstande og miljøforhold på en ikke-invasiv og omkostningseffektiv måde.

"For nogle år siden stødte jeg på en fascinerende metode til fremstilling af robuste strækbare elektroniske komponenter fra en anden forskergruppe ved University of Tokyo," sagde Limei Liu, en gæsteforsker på tidspunktet for undersøgelsen og i øjeblikket underviser ved Yangzhou University i Kina. "Disse enheder er spundet af ultrafine tråde belagt med guld, så de kan fastgøres til huden uden problemer, da guld ikke reagerer med eller irriterer huden på nogen måde. Som sensorer var de dog begrænset til at registrere bevægelse, og vi ledte efter for noget, der kunne mærke kemiske signaturer, biomarkører og lægemidler. Så vi byggede videre på denne idé og skabte en ikke-invasiv sensor, der oversteg vores forventninger og inspirerede os til at udforske måder, hvorpå vi kan forbedre dens funktionalitet endnu mere."

Hovedkomponenten i sensoren er det fine guldnet, da guld er ureaktivt, hvilket betyder, at når det kommer i kontakt med et stof, holdet ønsker at måle - for eksempel en potentiel sygdomsbiomarkør til stede i sved - ændrer det ikke stoffet kemisk. . Men i stedet, da guldnettet er så fint, kan det give en overraskende stor overflade for den biomarkør at binde sig til, og det er her, sensorens andre komponenter kommer ind.

Da en laveffektlaser peger mod guldnettet, absorberes noget af laserlyset og noget reflekteres. Af det reflekterede lys har de fleste samme energi som det indkommende lys. Men noget indkommende lys mister energi til biomarkøren eller andet målbart stof, og uoverensstemmelsen i energi mellem reflekteret og indfaldende lys er unik for det pågældende stof. En sensor kaldet et spektrometer kan bruge dette unikke energifingeraftryk til at identificere stoffet. Denne metode til kemisk identifikation er kendt som Raman-spektroskopi.

"I øjeblikket skal vores sensorer finjusteres for at detektere specifikke stoffer, og vi ønsker at skubbe både følsomheden og specificiteten endnu længere frem i fremtiden," sagde adjunkt Tinghui Xiao. "Med dette tror vi, at applikationer som glukoseovervågning, ideel til diabetikere, eller endda virusdetektion, kan være mulige."

"Der er også potentiale for sensoren til at arbejde med andre metoder til kemisk analyse udover Raman-spektroskopi, såsom elektrokemisk analyse, men alle disse ideer kræver meget mere undersøgelse," sagde professor Keisuke Goda. "Under alle omstændigheder håber jeg, at denne forskning kan føre til en ny generation af billige biosensorer, der kan revolutionere sundhedsovervågning og reducere den økonomiske byrde af sundhedspleje."

Diagnosticering af gulsot ved hjælp af tårevæske