Lille, genbrugelig sensorchip kan føre til nye medicinske tests på stedet

Udbredelsen af ​​point-of-care-test, fra blodsukkermålere til hjemmet til COVID-19-hurtige test, accelererer og forbedrer lægebehandlingen.

Det bliver dog stadig mere udfordrende at fortsætte med at opgradere sensorteknologien, der driver væksten af ​​disse produkter.

Nogle optiske sensing-chips indeholder for eksempel nanostrukturer, der er næsten lige så små som de biologiske og kemiske molekyler, de søger efter. Disse nanostrukturer forbedrer sensorens evne til at detektere molekyler. Men deres diminutive dimensioner gør det vanskeligt at lede molekylerne til det korrekte område af sensoren.

"Det er lidt som at bygge en ny racerbil, der er mere strømlinet og derfor kører hurtigere, men dens dør er lavet for lille til, at føreren kan komme ind i bilen," siger Peter Q. Liu, Ph.D., assisterende professor i el. ingeniør ved University at Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Liu – sammen med Xianglong Miao, en ph.d. kandidat i sit laboratorium, og Ting Shan Luk, Ph.D., ved Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories – har skabt en ny sensor, der tager sigte på dette problem.

Beskrevet i en undersøgelse offentliggjort i Advanced Materials i januar bruger sensoren overfladeforstærket infrarød absorption (SEIRA) spektroskopi.

Spektroskopi involverer at studere, hvordan lys interagerer med stof. Mens infrarød absorptionsspektroskopi har eksisteret i mere end 100 år, forsøger forskere stadig at gøre teknologien mere kraftfuld, overkommelig og alsidig.

Som navnet antyder, arbejder disse sensorer med lys i det mellem-infrarøde bånd af det elektromagnetiske spektrum, som bruges af fjernbetjeninger, nattesynsbriller og andre produkter.

Den nye sensor består af flere arrays af bittesmå rektangulære strimler af guld. Ingeniører dyppede strimlerne i 1-octadecanthiol, som er en kemisk forbindelse (ofte forkortet som ODT), som de valgte at identificere.

Forskere tilføjede derefter en dråbe flydende metal - i dette tilfælde gallium - for at tjene som sensorens base. Til sidst placerede de et tyndt glasdæksel ovenpå for at danne en sandwich-lignende struktur.

Designet af sensoren, med dens lag og hulrum, skaber, hvad forskere kalder en "nanopatch-antenne." Antennen leder både molekyler ind i hulrummene og absorberer nok infrarødt lys til at analysere biologiske og kemiske prøver.

"Selv et enkelt lag molekyle i vores sensor kan føre til en ændring på 10% i mængden af ​​lys, der reflekteres, hvorimod en typisk sensor kun producerer en ændring på 1%," siger Liu, som tilføjer, at teamet vil fortsætte med at forfine sensor med det mål at bruge den til bioanalytisk sansning og medicinske diagnostiske applikationer, såsom sansning af biomarkører knyttet til visse sygdomme.

Efter måling af ODT fjernede forskerne det flydende gallium fra sensorchipoverfladen med en vatpind. Denne proces gør det muligt at genbruge sensoren, hvilket kan gøre den mere omkostningseffektiv end lignende alternativer.

"Strukturen af ​​vores sensor gør den velegnet til point-of-care-applikationer, der kan implementeres af en sygeplejerske på en patient eller endda uden for hospitalet i en patients hjem," siger han. + Udforsk yderligere

Højfølsomme nanofotoniske sensorer med passiv indfangning af analytmolekyler i hot-spots