My Little Sensor Lab aan de Universiteit van Arizona ontwikkelt ultragevoelige optische sensoren voor medische diagnostiek, medische prognoses, milieumonitoring en fundamenteel wetenschappelijk onderzoek. Onze sensortechnologie identificeert stoffen door licht op monsters te schijnen en de brekingsindex te meten, of hoeveel licht wordt vertraagd wanneer het door een materiaal gaat, die verschilt van de ene stof tot de andere - zeg, water en een DNA-molecuul.

Met onze technologie kunnen we extreem lage concentraties van moleculen detecteren, tot één op een miljoen biljoen moleculen, en kan resultaten geven in minder dan 30 seconden.

Gewoonlijk, brekingsindex is te subtiel om te detecteren in een enkel molecuul, maar met behulp van een technologie die we hebben ontwikkeld, we kunnen licht duizenden keren door een monster laten gaan, wat de verandering versterkt. Dit maakt onze sensor een van de meest gevoelige die er bestaat.

Het apparaat bevat een kleine ring die rondvliegt - 240, 000 keer in 40 nanoseconden, of miljardsten van een seconde. Een vloeistofmonster omringt de sensor. Een deel van het licht valt buiten de ring, waar het duizenden keren interageert met het monster.

In tegenstelling tot andere zeer gevoelige detectiemethoden, die van ons is labelvrij, wat betekent dat we geen radioactieve tags of fluorescerende labels hoeven toe te voegen om te identificeren wat we proberen te detecteren. Dit betekent dat we onze monsters minder hoeven te verwerken.

Omdat onze sensor zo gevoelig is, we hebben slechts kleine hoeveelheden van een stof nodig, wat zowel nuttig is om de kosten te verlagen als in gevallen waar reagentia moeilijk te verkrijgen zijn.

Sommige ziekten, zoals kanker, stil kan voortgaan, detectie vermijden totdat het te laat is. Een ultragevoelige sensor kan een ziekte detecteren voordat de symptomen verschijnen, zorgaanbieders de ziekte vroegtijdig laten behandelen, als het nog te genezen is. De sensor zou ook kunnen worden gebruikt in een COVID-19 ademtest.

Het hebben van een snelle en gevoelige sensor kan ook het volgen van ziekteprogressie mogelijk maken en het effect van verschillende behandelingen kwantificeren. ons laboratorium, bijvoorbeeld, werkt momenteel aan het detecteren van lage concentraties biomoleculen die wijzen op de ziekte van Alzheimer of kanker in het bloed, urine- en speekselmonsters.

Veel andere benaderingen vereisen dat je ofwel het ding dat je probeert te detecteren fluorescerend "tagt" of DNA amplificeert met behulp van een polymerasekettingreactie (PCR). Bijvoorbeeld, huidige COVID-19-tests vereisen dat u kiest tussen een snelle antigeentest, wat niet zo nauwkeurig is, of een PCR-test, wat nauwkeurig maar duur en tijdrovend is.

Actieve onderzoeksgebieden op dit gebied omvatten ook manieren om de levering van monsters aan de sensor te verbeteren, die de responstijd kan verbeteren en de hoeveelheid van de doelstof die nodig is voor detectie kan verminderen. Onderzoekers werken ook aan methoden om de selectiviteit van sensoren te verbeteren, waardoor de sensor de doelstof beter kan onderscheiden van andere stoffen. Dit vermindert valse positieven.

Deze maand, ons lab ontving een subsidie ​​van $ 1,8 miljoen van de National Institutes of Health om de sensor te verbeteren. De volgende stap nadat we hebben aangetoond dat onze apparaten werken in een onderzoeksomgeving, zou zijn om over te gaan naar klinische proeven.

In aanvulling, we verbeteren onze sensor voortdurend om hem gevoeliger en selectiever te maken. We werken ook aan het gebruik van de sensor om een ​​draagbare, point-of-care medisch diagnostisch apparaat dat kan worden gebruikt voor thuiszorg of kan worden gegeven aan een EMT in een ambulance of een soldaat op een slagveld.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.