Wetenschappers van het Institute of Laser Engineering aan de Osaka University creëerden een prototype terahertz optisch spectroscopiesysteem met een detectiegebied dat gelijk is aan de dwarsdoorsnede van slechts vijf menselijke haren. Door de verschuiving van de piektransmissiegolflengte van een terahertz-stralingsbron te meten, kan de concentratie van zelfs in een klein druppeltje water opgeloste verontreinigingen worden gemeten. Dit werk kan leiden tot draagbare sensoren voor toepassingen zoals de vroege detectie van ziekten, de ontwikkeling van geneesmiddelen en monitoring van watervervuiling.

Lab-on-a-chip-technologie is een spannend onderzoeksgebied. De mogelijkheid om patiëntenmonsters aan het bed te testen of de waterkwaliteit in het veld te bewaken met een draagbaar meetapparaat is zeer aantrekkelijk. Het bereiken van een sterke gevoeligheid voor de concentratie van de beoogde analyten kan echter moeilijk zijn, vooral wanneer monsters uit zeer kleine hoeveelheden vloeistof bestaan.

Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Osaka een gepatenteerde terahertz-stralingsbron gebruikt in een microfluïdische chip met een metamateriaalstructuur om de hoeveelheid sporenverontreiniging in water te kwantificeren. "Met dit lab-on-a-chipsysteem konden we minieme veranderingen in de concentratie van sporenhoeveelheden ethanol, glucose of mineralen in water detecteren door de verschuiving in de resonantiefrequenties te meten", zegt eerste auteur Kazunori Serita.

Het I-design bestaat uit een metalen strip met een opening ter grootte van een micrometer, ingeklemd tussen andere metalen strips. Het is periodiek gerangschikt in een rij van vijf eenheden, die een soort "meta-atoom" vormden, waarin de optische piektransmissie varieerde op basis van de aanwezigheid van sporenverontreiniging door opgeloste moleculen. This device is an application of the point terahertz source technology previously developed at Osaka University. A tiny source of terahertz light was generated by the irradiation spot of a femtosecond-pulse laser beam that induces a tightly confined electric-field mode at the gap regions. It then modifies the resonance frequency when a microchannel fabricated in the space between the metallic strips is filled with the sample solution.

"We succeeded in detecting just 472 attomoles of solutes in solutions with volumes of less than 100 picoliters, which is an order of magnitude better than existing microfluidic chips," senior author Masayoshi Tonouchi says. This work can lead to significant improvements in portable sensing, both in terms of sensitivity and the amount of liquid required.

The study is published in the Journal of Physics:Photonics . + Verder verkennen

Microanalysis of biological samples for early disease detection