Realtidsdetektion af infektionssygdomsvira ved at søge efter molekylært fingeraftryk

Et forskerhold har konstrueret en "bredbånds nanogap guldspektroskopisk sensor" ved hjælp af et fleksibelt materiale, der er i stand til at bøje for at skabe et kontrolleret mellemrum. Med den udviklede teknologi er det muligt hurtigt at teste forskellige typer materialer, herunder infektionssygdomsvira, ved kun at bruge en enkelt nanospektroskopisk sensor til at finde molekylære fingeraftryk. Forskningsresultaterne er blevet offentliggjort i Nano Letters .

Fremkomsten af ​​pandemiske epidemier som COVID-19 har understreget nødvendigheden af ​​hurtige og præcise analysemetoder for at forberede potentielle fremtidige virusudbrud. Raman-spektroskopi, ved hjælp af guld-nanostrukturer, giver information om den indre struktur og kemiske egenskaber af materialer ved at analysere de forskellige vibrationer af molekyler kendt som "molekylære fingeraftryk," ved hjælp af lys med bemærkelsesværdig følsomhed. Derfor kan det spille en afgørende rolle i at bestemme positiviteten af ​​en virus.

Konventionelle højfølsomme Raman-spektroskopisensorer detekterer dog kun én type virus med en enkelt enhed, hvilket udgør begrænsninger med hensyn til produktivitet, detektionshastighed og omkostninger, når man overvejer kliniske applikationer.

Forskerholdet, bestående af professor Kyoung-Duck Park og Taeyoung Moon og Huitae Joo, ph.d. kandidater fra Institut for Fysik ved Pohang Universitet for Videnskab og Teknologi (POSTECH), har med succes fremstillet en endimensionel struktur i millimeterskalaen, med guld nanogaps, der kun rummer et enkelt molekyle med en tæt pasform. Denne fremgang muliggør Raman-spektroskopisk sansning med stort område og høj følsomhed. Desuden integrerede de effektivt fleksible materialer på substratet af den guld nanogap spektroskopiske sensor.

Holdet udviklede også en kildeteknologi til en bredbåndsaktiv nanospektral sensor, der muliggør skræddersyet detektion af specifikke stoffer ved hjælp af en enkelt enhed ved at udvide nanogapet til størrelsen af ​​en virus og frit justere dets bredde, så det passer til størrelsen og typen af ​​materialer , inklusive vira.

Desuden forbedrede de sensorens følsomhed og kontrollerbarhed ved at kombinere adaptiv optikteknologi, der anvendes inden for områder som rumoptik, såsom James Webb-teleskopet. Derudover etablerede de en konceptuel model til at udvide den fremstillede endimensionelle struktur til en todimensionel spektroskopisk sensor, der teoretisk bekræfter evnen til at forstærke Raman-spektroskopiske signaler med op til flere milliarder gange. Med andre ord bliver det muligt at bekræfte positiviteten af ​​vira i realtid inden for få sekunder, en proces der tidligere tog dage at verificere.

Forskerholdets resultater, som i øjeblikket afventer patentgodkendelse, forventes at blive brugt til hurtig reaktion gennem højfølsom realtidstestning i tilfælde af uventede infektionssygdomme såsom COVID-19, for at forhindre vilkårlig spredning.

Taeyoung Moon, hovedforfatter af papiret, sagde:"Dette fremmer ikke kun grundlæggende videnskabelig forskning i at identificere unikke egenskaber af materialer fra molekyler til vira, men letter også praktiske anvendelser, hvilket muliggør hurtig påvisning af et bredt spektrum af nye vira ved hjælp af en enkelt skræddersyet sensor."

Flere oplysninger: Taeyoung Moon et al., Adaptive Gap-Tunable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00289

Journaloplysninger: Nanobreve

Leveret af Pohang University of Science and Technology