Nanofabrikation:Medicinske sensorer forbedres med hullede guld -nanostrukturer

Nylige fremskridt inden for nanoteknologi giver nye muligheder for medicinsk billeddannelse og sansning. Guld nanostrukturer, for eksempel, kan forbedre fluorescensen af ​​markørfarvestoffer, der almindeligvis bruges til at detektere biomolekyler og diagnosticere specifikke sygdomme.

Nu, Ping Bai ved A*STAR Institute of High Performance Computing, Singapore, og kolleger har udviklet en hurtig og billig måde at fremstille arrays af guld nanohuller. Forskerne har vist, at sensorchips bygget ved hjælp af disse nanostrukturer nøjagtigt kan detektere kræftrelaterede molekyler i blod og er små nok til at kunne bruges i bærbart medicinsk udstyr.

Nanohole-arrays er designet således, at indfaldende lys med visse bølgelængder vil fremkalde storskala svingninger af guldelektronerne, kendt som lokaliseret overfladeplasmonresonans (SPR). Den lokaliserede SPR fokuserer den absorberede lysenergi for at forbedre fluorescens (se billede).

"Kommercielle SPR -systemer bruges allerede i hospitalslaboratorier, men de er omfangsrige og dyre, "siger Bai." Vi vil gerne udvikle små, håndholdte enheder til klinisk brug på stedet. Dette kræver lokal SPR, som vi har brug for nanohole -arrays for. "

Tidligere har nanohole arrays er blevet oprettet ved hjælp af elektronstråle litografi (EBL), hvilket er dyrt og tidskrævende. Bai og kolleger brugte EBL til at skabe en nikkelform og brugte derefter formen til at printe nanohullsmønstre på et fotoresist materiale. Forskerne lavede nanostrukturer ved at fordampe guld på den mønstrede struktur, inden de skrålede det fotoresistede materiale af. Fordi nikkelformen kan genbruges mange gange, denne metode-kaldet nano-prægning-kan producere et stort antal guld-nanohullsarrays.

"Vi fremstillede arrays med 140 nanometer-firkantede nanohuller med meget få defekter, "siger Bai. Som en første demonstration, forskerne viste, at en sensorchip lavet med deres nanohole -arrays kunne påvise prostatakræftantigener i blod, og var ti gange mere følsom end en identisk enhed, der brugte en guldfilm uden nanohuller. Optimering af chipdesign ville yderligere forbedre følsomheden, Bai noter.

Teamet mener, at disse chips kunne inkorporeres i billige og bærbare point-of-care-enheder til hurtig diagnose af sygdomme som denguefeber. "Mikrofluidpatronen, der er bygget ved hjælp af vores nanohole -arrays, er omtrent på størrelse med et kreditkort, "siger Bai." I fremtiden vil vi håber at bygge detektorer, der bruger meget enkle lyskilder, såsom lysdioder, og enkle detektorer svarende til smartphone -kameraer. Disse enheder vil have udbredte applikationer på tværs af medicinsk videnskab og kan endda bruges til at påvise kontaminanter i fødevarer, vand eller luft. "