Ny sandwichteknologi forbedrer følsomheden af ​​hurtige tests

EPFL-forskere har udviklet en metode til at booste følsomheden af ​​hurtige detektionstests som dem, der bruges til den nye coronavirus. Resultaterne af deres feasibility-undersøgelse er netop blevet offentliggjort i Nano bogstaver .

Graviditetstests og hurtige-detektionstests for det nye coronavirus fungerer på samme måde. De indeholder en overflade - normalt lavet af metal - hvorpå kemiske nanosensorer detekterer specifikke forbindelser i en urinprøve, spyt eller blod, der indikerer tilstedeværelsen af ​​et givet protein eller en del af en virus. "Testene viser sig som positive, hvis deres sensorer kommer i kontakt med målforbindelsen, siger Olivier Martin, leder af EPFL's Nanophotonics and Metrology Laboratory, inden for Ingeniørskolen.

Denne biologiske mekanisme er usynlig for det blotte øje, men måden metallet er struktureret på gør det i stand til at interagere med lys, skabe forstyrrelser i lysets bevægelse. "Disse forstyrrelser er det, der fortæller os, at en sensor på metaloverfladen er kommet i kontakt med målforbindelsen, " siger Martin. "Processen skaber en optisk bølge, som formerer sig og vises som en rød streg på en graviditetstest, for eksempel." Hans team arbejdede med forskere ved EPFL's Bionanophotonic Systems Laboratory, ledet af Hatice Altug, at gøre teknologien mere følsom og mere effektiv. Deres resultater er netop blevet offentliggjort i Nano bogstaver .

Brug af silicium som soundbox

For at udføre deres eksperimenter, forskerne brugte aluminium til metaloverfladen, hvorpå nanosensorerne er placeret. Lige under aluminiumet tilføjede de et lag silicium, som ikke leder strøm. "Siliconet fungerer som en soundbox, " siger Martin. "Forestil dig en kedeltromme - dens overflade vibrerer, når en trommeslager slår den, og det er lydboksen nedenunder, der lader os høre vibrationerne. I vores system, siliciumlaget fungerer som en resonator og forstærker metallets reaktion, gør systemet mere følsomt. Det betyder, at vi kan opdage mindre proteiner eller mindre koncentrationer af vira."

En nanometrisk sandwich

Deres sandwich-type system fungerer på en nanometrisk skala. Men hvorfor besluttede de sig for at udvikle en sådan miniatureteknologi? "Vi er nødt til at operere i samme skala som de objekter, vi ønsker at detektere - i dette tilfælde, proteiner og vira. Også, den optiske respons er forskellig afhængig af den skala, vi bruger. En sølvstang kan se grå ud for os, men på en nanometrisk skala, sølvpartiklerne ser faktisk blå ud, " siger Martin.

Det er første gang, at forskere har udviklet et medicinsk testsystem ved at koble et metal med en elektrisk isolator. "Vi har formler til at designe nanostrukturer til metaller og dielektriske materialer, men vi mangler stadig at finde en, der kombinerer de to, " siger Martin. "At udvikle vores sandwichteknologi var en rigtig udfordring. Dernæst planlægger vi at eksperimentere med andre metaller, hvilket vil give anledning til nye udfordringer. Vi skal også optimere strukturen af ​​vores enhed, så den optiske resonans er så stærk som muligt."