Onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hebben een gebruiksvriendelijke, afstembare biosensor op maat gemaakt voor het terahertz-assortiment. Afbeeldingen van muisorganen verkregen met het nieuwe apparaat bevestigen dat de sensor in staat is om onderscheid te maken tussen verschillende weefsels. De prestatie vergroot de mogelijkheden voor terahertz-toepassingen in biologische analyse en toekomstige diagnostiek.

Plasmonics zijn zeer gewilde technologieën voor apparaattoepassingen in beveiliging, waarneming en medische zorg. Ze omvatten het benutten van de excitatie van vrije elektronen in metalen die oppervlakteplasmonen worden genoemd. Een van de meest veelbelovende toepassingen van plasmonische materialen is de ontwikkeling van ultragevoelige biosensoren.

Het vermogen om plasmonics te combineren met opkomende terahertz (THz)-technologieën voor het detecteren van kleine, biologische monsters is tot nu toe uitdagend gebleken, voornamelijk omdat THz-lichtgolven langere golflengten hebben dan zichtbaar, infrarood en ultraviolet licht.

Nutsvoorzieningen, Yukio Kawano en collega's van Tokyo Tech's Laboratory for Future Interdisciplinair Onderzoek van Wetenschap en Technologie, in samenwerking met onderzoekers van Tokyo Medical and Dental University, hebben een manier gevonden om deze barrière te overwinnen door een frequentie-afstembaar, op plasmonisch gebaseerd THz-apparaat te ontwerpen.

Een van de belangrijkste kenmerken van het nieuwe apparaat is het spiraalvormige schot in de roos (SBE) (zie afbeelding 1). Dankzij de soepel gevarieerde groeven, "de groefperiode verandert continu met de diameterrichting, resulterend in continu frequentie-afstembare karakteristieken, " zegt Kawano in hun studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Een ander voordeel van het nieuwe ontwerp is dat het een zogenaamd Siemens-ster diafragma bevat, wat een gebruiksvriendelijke manier mogelijk maakt om de gewenste frequentie te selecteren door simpelweg de rotatie van de spiraalvormige plasmonische structuur te veranderen.

"Het apparaat verhoogt ook de elektrische veldintensiteit bij de subgolflengte-opening, waardoor de transmissie aanzienlijk wordt versterkt, ' zegt Kawano.

In voorlopige experimenten om te beoordelen hoe goed het nieuwe apparaat biologische weefsels kon visualiseren, de onderzoekers verkregen THz-transmissiespectra voor verschillende muisorganen, zoals weergegeven in figuur 2. Om verder te onderzoeken, ze voerden ook THz-toewijzing van muisstaarten uit. Door afbeeldingen te vergelijken die zijn verkregen met en zonder het SBE-ontwerp, de studie toonde aan dat de eerste leidde tot een duidelijk verbeterd vermogen om onderscheid te maken tussen verschillende weefsels zoals haar, huid en bot (zie figuur 3).