Уже разработан миниатюрный прибор, соизмеримый с размерами микрочипа, способный идентифицировать молекулы без применения увеличительной техники.Оптические биосенсоры, работающие на принципах взаимодействия света и молекул, играют ключевую роль в процессе прецизионной диагностики, персонализированной медицине и наблюдении за состоянием окружающей среды. Уровень эффективности таких сенсоров значительно увеличивается при фокусировке света до масштаба нанометров, что позволяет, например, "различать" отдельные белковые молекулы или аминокислоты. Традиционно это требует сложные и дорогостоящие устройства, что накладывает ограничения на использование сенсоров в быстрой диагностике.Однако, что если отказаться от внешнего светового источника? Решением стала квантовая механика. Научные сотрудники из лаборатории EPFL разработали биосенсор, в котором свет возникает благодаря квантовому явлению неупругого туннелирования электронов. При приложении напряжения электроны преодолевают тонкий изолирующий слой, высвобождая при этом фотоны.Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Photonics."Представьте себе электрон в виде волны. С определённой вероятностью она имеет способность "просачиваться" через преграды, испуская свет. Мы выработали наноструктуру, усиливающую этот эффект", объясняет участник исследования Михаил Машарин.Уникальность разработки заключается в двойной роли наноповерхности: она в одно и то же время регулирует туннелирование и трансформирует энергию в плазмоны, которые являются коллективными колебаниями электронов в тонкой золотой плёнке.Плазмон представляет собой квазичастицу, появляющуюся в результате коллективного колебания электронов в металле, например, в тонкой золотой плёнке. Он позволяет "сжать" свет до наноразмеров, увеличивая его молекулярное взаимодействие.Это генерирует свет, характеристики которого меняются при контакте с молекулами, что дает возможность определять их в режиме реального времени без использования меток."Наш сенсор способен обнаруживать аминокислоты и полимеры в концентрациях до пикограмма, что эквивалентно триллионной доле грамма", говорит руководитель лаборатории Хатис Альтуг.Важнейшим компонентом является метаповерхность, состоящая из золотых нанонитей, выполняющих функцию "наноантенн", фокусирующих свет в определенных точках.Данная технология совместима с серийным производством и размещается на чипе площадью менее одного квадратного миллиметра."Прежде для этого требовался целый оптический стол. Теперь все объединено в одном чипе: и генерация света, и определение", отмечает исследователь Иван Синев.Этот метод может произвести переворот в диагностике в условиях, где отсутствуют лаборатории, например, в полевых госпиталях или при проведении тестов на дому. Он позволит оперативно выявлять маркеры заболеваний или ядовитые вещества в воде. Технология отличается компактностью, не требует сложного оборудования и может быть интегрирована в смартфоны представьте себе приложение, которое анализирует каплю крови за несколько секунд.В настоящее время неясно, как сенсор будет функционировать в реальных условиях, например, при наличии загрязнений в пробах. Кроме того, для массового применения необходимо решить проблему устойчивости золотой метаповерхности при продолжительной работе, сообщает innovanews.
Обратите внимание: В школах отменяют важный предмет с 1 сентября: ученики прыгают до потолка от счастья, учителя в недоумении