Ny absorber vil føre til bedre biosensorer

Biologiske sensorer, eller biosensorer, er som teknologiske kanariefugle i kulminen. Ved at konvertere en biologisk respons til et optisk eller elektrisk signal, de kan advare os om farer i vores eksterne og interne miljøer. De kan mærke giftige kemikalier og partikler i luften og enzymer, molekyler, og antistoffer i kroppen, der kan indikere diabetes, Kræft, og andre sygdomme.

En optisk biosensor virker ved at absorbere en bestemt båndbredde af lys og flytte spektret, når den registrerer mindre ændringer i miljøet. Jo smallere båndet af absorberet lys er, jo mere følsom biosensoren.

"I øjeblikket, plasmoniske absorbere, der anvendes i biosensorer, har en resonansbåndbredde på 50 nanometer, " sagde Koray Aydin, assisterende professor i elektroteknik og datalogi ved Northwestern University's McCormick School of Engineering and Applied Science. "Det er betydeligt udfordrende at designe absorbere med smallere båndbredder."

Aydin og hans team har skabt en ny nanostruktur, der absorberer et meget snævert lysspektrum - med en båndbredde på kun 12 nanometer. Denne ultrasmale båndabsorber kan bruges til en række applikationer, herunder bedre biosensorer.

"Vi tror på, at vores unikke smalbåndsabsorberdesign vil øge følsomheden af ​​biosensorer, "Aydin sagde. "Det har været en udfordring at fornemme meget små partikler eller meget lave koncentrationer af et stof."

Denne forskning blev beskrevet i papiret "Ultranarrow band absorbers baseret på overfladegitterresonanser i nanostrukturerede metaloverflader, " offentliggjort i 29. juli-udgaven af ACS Nano .

Typiske absorberdesigns bruger to metalplader med et ikke-metallisk isoleringsmateriale imellem. Ved at bruge nanofabrikationsteknikker i laboratoriet, Aydins team fandt ud af, at fjernelse af det isolerende lag - kun efterlod metalliske nanostrukturer - fik strukturen til at absorbere et meget smallere lysbånd. Lysabsorptionen er også høj, over 90 procent ved synlige frekvenser.

Aydin sagde, at dette design også kan bruges i applikationer til fototermisk terapi, termo-fotovoltaik, varmeassisteret magnetisk optagelse, termisk emission, og sol-dampproduktion.

"Det smukke ved vores design er, at vi fandt en måde at konstruere materialet ved at bruge et andet substrat, " sagde Aydin.