Het gebruik van terahertz (THz) golven voor biosensing krijgt momenteel veel aandacht. THz-golven kunnen moleculaire trillingen en rotaties detecteren, zonder gebruik te maken van labels die de eigenschappen van de betreffende stoffen kunnen beïnvloeden.

Echter, tot nu, de diffractielimiet van THz-golven en hun sterke absorptie door water hebben deze techniek beperkt.

Microfluïdische apparaten zijn ook veelbelovende analytische systemen vanwege de lage monstervolumes die nodig zijn voor monstermeting.

Een groep onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft nu een niet-lineair optisch kristal (NLOC) -chip ontwikkeld, die THz-golven combineert met een microfluïdisch apparaat, gebruikmakend van de nabijheid van de THz-golfbron en de interessante oplossing in een microkanaal. Hun werk werd gepubliceerd in APL Photonics.

"Met onze techniek we hebben oplossingsconcentraties van verschillende femtomol kunnen detecteren in volumes van minder dan een nanoliter, " zegt de corresponderende auteur Masayoshi Tonouchi. "Een dergelijke detectie met hoge gevoeligheid zonder de noodzaak om groepen te labelen heeft een groot potentieel voor toekomstige klinische technieken met een lage invasiviteit."

Vroege en snelle detectie van een aantal veel voorkomende ziekten zal naar verwachting een van de belangrijkste toepassingen van de techniek zijn. Kanker, suikerziekte, en het griepvirus zou mogelijk kunnen worden opgespoord met slechts zeer kleine hoeveelheden lichaamsvloeistof, het verminderen van de pijn en het ongemak van talrijke verkennende procedures voor patiënten. In aanvulling, de techniek laat toe om levende cellen op een niet-destructieve manier te analyseren, die tal van potentiële voordelen heeft in onderzoek.

De ontwikkelde NLOC-chip is in staat om lokaal de THz-straling te genereren in de buurt van het apparaat met één microkanaal, efficiëntie verbeteren. De sensorchip werd gebruikt om mineraalconcentraties te analyseren door frequentieverschuivingen als gevolg van de aanwezigheid van ionen te vergelijken met die van zuiver water. Met deze techniek bepaalden ze een gevoeligheid van 31,8 femtomol.

"Het bereiken van een hoge gevoeligheid zonder de noodzaak van een krachtige optische of THz-bron, nabije-veldsondes of prisma's, biedt tal van mogelijkheden, " zegt hoofdauteur Kazunori Serita. "We zijn erg enthousiast over het potentieel van onze bevindingen om te leiden tot snelle detectie en compact apparaatontwerp. Vooral, we zien dat onze resultaten de ontwikkeling van THz lab-on-a-chip-apparaten versnellen."

Deze zeer aanpasbare technologie zal waarschijnlijk uitwaaieren in vele gebieden van analytische en biochemie, evenals celbiologie, en klinische geneeskunde.