Overflader med kontrolleret befugtning til at fange og identificere molekyler ved sporkoncentrationer

En international gruppe af fysikere fra Far Eastern Federal University (FEFU), det russiske videnskabsakademi og Swinburne University of Technology (Australien) har udviklet en teknologi til indfangning og kemisk analyse af organiske og ikke-organiske molekyler i ultralave koncentrationer. Artiklen blev omtalt i Nanoskala .

Opdagelsen fører til mere produktive løsninger inden for mikrobiologi, medicin, kemi, og biokemi ved at tilbyde hurtig identifikation af farlige og giftige stoffer, kræftmarkører, og metabolitter af patogene mikroorganismer i sporkoncentrationer.

Brug af teflon som et underlag, teamet skabte en særlig koncentratorplatform, der muliggør en million gange stigning i koncentrationen af ​​de molekyler, der identificeres. Teknologien reducerer den tid, der kræves til avancerede biokemiske analyser, fra flere dage til blot et par timer.

"Nøgleelementet i koncentratoren er en mikro- og nanostruktureret superhydrofil (vandtiltrækkende) fælde omgivet af et superhydrofobt (vandafvisende) område, " forklarer Alexey Zhizhchenko, en forskningsmedarbejder ved Nanotechnology Research and Education Center, Ingeniørskolen, FEFU. "I vores koncentrator, en almindelig væskedråbe spiller rollen som en beholder til kontrolleret transport af målmolekylerne til den superhydrofile fælde. Denne transport er muliggjort ved at kontrollere størrelsen og placeringen af ​​dråben under fordampningen, hvilket opnås ved at skræddersy og optimere underlagets befugtningsegenskaber. Op til 97 procent af målmolekylerne er derefter lokaliseret på den lille fælde, og deres koncentration stiger mere end 1 million gange i forhold til dens oprindelige værdi. Dette fører til en dramatisk forbedring af den optiske respons af de fangede molekyler. Ved at kombinere denne funktion med fældens meget følsomme kemiske detektionsegenskaber, forskere er i stand til at opdage og identificere målstoffer, selvom der kun er et par hundrede molekyler i dråben. I øvrigt, yderligere optimering af koncentratordesignet kan potentielt resultere i enkelt-molekyle detektion.

Koncentratorplatformen er fremstillet ved direkte laseroptagelse på Teflon-substrater med ultrakorte pulser. Processen kræver ikke stram laserfokusering og tager derfor kun et par minutter at gennemføre. Teknologien er alsidig, relativt billigt, og kan potentielt bruges til at lave nye generationer af biosensorplatforme til meget præcise og følsomme kemiske analyser.

Tidligere i år, det samme forskerhold, som en del af en international arbejdsgruppe af forskere, udviklet en teknologi til at identificere sporkoncentrationer af stoffer ved hjælp af en sort siliciumsubstratplatform. På grund af sin specifikke morfologi, sort silicium forstærker Raman-signalet - lyset spredt af de molekyler, der analyseres - og forvrænger ikke spektroskopiske resultater på grund af dets ikke-invasivitet, hvilket betyder, at det ikke reagerer med det pågældende stof.