Molekylære sensorer baseret på nanohuller i metalliske film har vist sig at være ideelle til medicinsk diagnose

Detektion af små mængder molekyler er vigtig for et utal af applikationer, lige fra gassensing til biomedicinsk diagnostik. De fleste af disse applikationer kræver, at sensorerne er billige og kan bruges til engangsbrug, men alligevel følsom nok til at detektere molekyler ned til enkeltmolekyleniveau. Ping Bai og kolleger ved A*STAR Institute of High Performance Computing og Institute of Materials Research and Engineering har nu studeret egenskaberne af tynde metalliske film med huller i, som er særligt lovende for molekylær sansning.

Metalliske tynde film med huller i nanometerstørrelse er kendt for at transmittere lys af bestemte bølgelængder meget effektivt. Effektiviteten stammer fra overfladeplasmonpolaritoner (SPP'er) - de kollektive bevægelser af elektroner på metaloverfladen - som er i stand til at fokusere lys til små pletter, der er meget mindre end bølgelængden af ​​det anvendte lys (se billede).

Disse SPP'er kan bruges til at detektere molekylerne gennem fluorescensen af ​​spormolekyler knyttet til dem. Denne fluorescens forstærkes også kraftigt af SPP og kan let påvises med et mikroskop selv for små mængder molekyler. "Hele opsætningen er ultrakompakt for at understøtte et point-of-care-sensorsystem, ” forklarer Bai.

Bai og hans kolleger studerede to sansearrangementer. I det første arrangement, lys er rettet mod en film med nanohuller i en skrå vinkel fra samme side som prøven. I det andet arrangement, filmen belyses bagfra, så lyset går gennem hullerne først. Forskerne fandt ud af, at hver ordning har sine egne fordele.

I 'refleksion'-ordningen, SPP-effekten er stærkere, da lyset er direkte rettet mod prøven og ikke behøver at krydse metalfilmen. Imidlertid, der skal en tykkere film til, så lyset ikke passerer igennem. I "transmissions"-ordningen, intensiteten af ​​det lys, der udsendes af molekylerne, er svagere, men fordelen er, at filtre og andre sensorer eventuelt kan inkluderes i metalfilmen, og filmtykkelsen kan være meget tyndere.

"Der er derfor ingen klar fordel for nogen af ​​sansningstilstandene af sådanne film, ” siger Bai. "En ting er klart fra undersøgelsen, imidlertid, er de klare fordele ved at bruge metalfilm med nanohuller som en molekylær sanseplatform, ” siger Bai.

"Dette er blot et øjebliksbillede af hele vores projekt. Ultimativt, vores sensorteknologi vil blive brugt på hospitaler og testcentre, for eksempel, ved screening af prostatakræft, eller endda brugt derhjemme ligesom glukosetestsæt, ” tilføjer Bai.