Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova

sânge

IMAGINE: Aspectul biosenzorului (a, c). Ghidul de undă se află în interiorul substratului dielectric. Rezonatorul, realizat ca un ghid de undă inelar, este poziționat la interfața dintre materialul dielectric și biologic. Vezi mai mult

Credit: Kirill Voronin și colab./Senzori

Biosenzorii integrați în smartphone-uri, ceasuri inteligente și alte gadgeturi sunt pe cale să devină realitate. Într-o lucrare prezentată pe coperta numărului din ianuarie al Senzorilor, cercetătorii de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova descriu o modalitate de a crește sensibilitatea detectoarelor biologice până la punctul în care pot fi utilizați pe dispozitive mobile și purtabile. Studiul a fost susținut de Fundația Rusă pentru Știință.

Un biosenzor este un dispozitiv electrochimic care determină compoziția fluidelor biologice în timp real. Contoarele de glucoză din sânge utilizate de pacienții cu diabet zaharat ar putea fi singurul dispozitiv de biosensibilizare pe piață în masă utilizat astăzi. Dar futurologii spun că aparatele electrocasnice vor putea în curând să analizeze transpirația, saliva, umorul apos și alte fluide corporale pentru a identifica o persoană, pentru a face teste medicale, pentru a diagnostica boala sau pentru a monitoriza continuu starea de sănătate a unei persoane și pentru a face sugestii de dietă optimă în consecință.

Până de curând, astfel de aplicații nu erau luate în considerare în mod serios, deoarece dispozitivele disponibile nu erau suficient de sensibile și erau prohibitiv de costisitoare pentru piața de consum. Cu toate acestea, este posibil ca o descoperire să fie pe cale să se întâmple. O echipă de cercetători de la Centrul MIPT pentru Fotonică și Materiale 2D a propus un design de biosenzor radical nou, care ar putea crește sensibilitatea detectorului de multe ori și ar oferi o reducere similară a prețului.

„Un biosenzor convențional încorporează un rezonator inelar și un ghid de undă poziționat în același plan”, a explicat studentul MIPT Kirill Voronin de la Laboratorul de Nanooptică și Plasmonică, care a venit cu ideea utilizată în studiu. „Am decis să separăm cele două elemente și să le punem în două planuri diferite, cu inelul deasupra ghidului de undă.”

Motivul pentru care cercetătorii nu au testat anterior aspectul senzorului este că fabricarea unui dispozitiv plat, cu un singur nivel, este mai ușoară în laborator. Depunând un film subțire și gravându-l, se produc atât un rezonator inelar, cât și un ghid de undă în același timp. Designul alternativ pe două niveluri este mai puțin convenabil pentru fabricarea dispozitivelor experimentale unice, dar sa dovedit mai ieftin pentru senzorii producători de masă. Motivul pentru aceasta este că procesele tehnologice la o fabrică electronică sunt orientate spre plasarea componentelor active strat cu strat.

Mai important, noul design biosenzor pe două niveluri a dus la o sensibilitate de multe ori mai mare.

Un biosenzor funcționează înregistrând ușor modificări ale indicelui de refracție la suprafața sa, care sunt cauzate de adsorbția moleculelor organice. Aceste variații sunt detectate printr-un rezonator ale cărui condiții de rezonanță depind de indicele de refracție al mediului extern. Deoarece chiar și cele mai mici fluctuații ale indicelui de refracție determină o schimbare de vârf semnificativă, un biosenzor răspunde la aproape fiecare moleculă care aterizează pe suprafața sa.

„Am poziționat ghidul de undă de bandă sub rezonator, în dielectricul în vrac”, a declarat co-autorul hârtiei, Aleksey Arsenin, cercetător principal la Laboratorul de Nanooptică și Plasmonică al MIPT. "Rezonatorul, la rândul său, se află la interfața dintre substratul dielectric și mediul extern. Prin optimizarea indicilor de refracție a celor două medii înconjurătoare, obținem o sensibilitate semnificativ mai mare."

Proiectarea noului biosenzor propusă are atât sursa cât și detectorul de lumină din dielectric. Singura parte care rămâne în exterior este elementul sensibil. Adică, inelul de aur de câteva zeci de micrometri în diametru și o mie dintr-o grosime (fig. 1).

Potrivit lui Voronin, metoda echipei de a face biosenzorii mai receptivi va duce tehnologia la un nivel calitativ nou. "Noul aspect este destinat să facă biosenzorii mult mai ușor de fabricat și, prin urmare, mai ieftin", a spus fizicianul. "Litografia optică este singura tehnică necesară pentru a produce detectoare bazate pe principiul nostru. Nu sunt implicate părți în mișcare și un laser reglabil care funcționează într-o gamă de frecvențe îngustă va fi suficient."

Valentyn Volkov, care conduce Centrul MIPT pentru Fotonică și Materiale 2D, estimează că va dura aproximativ trei ani pentru a dezvolta un design industrial bazat pe tehnologia propusă.

Declinare de responsabilitate: AAAS și EurekAlert! nu sunt responsabili pentru acuratețea comunicatelor de presă postate pe EurekAlert! prin instituții care contribuie sau pentru utilizarea oricărei informații prin intermediul sistemului EurekAlert.