De detectie van kleine hoeveelheden moleculen is belangrijk voor talloze toepassingen, variërend van gasdetectie tot biomedische diagnostiek. De meeste van deze toepassingen vereisen dat de sensoren goedkoop en wegwerpbaar zijn, maar toch gevoelig genoeg om moleculen te detecteren tot op het niveau van een enkel molecuul. Ping Bai en medewerkers van het A*STAR Institute of High Performance Computing en het Institute of Materials Research and Engineering hebben nu de eigenschappen bestudeerd van dunne metaalfilms met gaten erin die bijzonder veelbelovend zijn voor moleculaire detectie.

Het is bekend dat dunne metalen films met gaten ter grootte van een nanometer erin zeer efficiënt licht van bepaalde golflengten doorlaten. De efficiëntie komt voort uit oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP's) - de collectieve bewegingen van elektronen op het metalen oppervlak - die in staat zijn om licht te concentreren in kleine stippen die veel kleiner zijn dan de golflengte van het gebruikte licht (zie afbeelding).

Deze SPP's kunnen worden gebruikt om de moleculen te detecteren door de fluorescentie van tracermoleculen die eraan zijn bevestigd. Deze fluorescentie wordt ook sterk versterkt door de SPP en kan gemakkelijk worden gedetecteerd door een microscoop, zelfs voor kleine hoeveelheden moleculen. “De hele opstelling is ultracompact om een ​​point-of-care-detectiesysteem te ondersteunen, ’ legt Bai uit.

Bai en zijn collega's bestudeerden twee waarnemingsarrangementen. In de eerste regeling licht wordt gericht op een film met nanogaten onder een schuine hoek vanaf dezelfde kant als het monster. In de tweede regeling de film wordt vanaf de achterkant belicht, zodat het licht eerst door de gaatjes gaat. De onderzoekers ontdekten dat elk schema zijn eigen voordelen heeft.

In het ‘reflectie’-schema, het SPP-effect is sterker omdat het licht direct op het monster wordt gericht en de metaalfilm niet hoeft te passeren. Echter, er is een dikkere film nodig zodat het licht er niet doorheen gaat. In de regeling ‘transmissie’, de intensiteit van het door de moleculen uitgestraalde licht is zwakker, maar het voordeel is dat er eventueel filters en andere sensoren bij de metaalfilm kunnen worden geleverd, en de filmdikte kan veel dunner zijn.

"Er is daarom geen duidelijk voordeel voor beide detectiemodi van dergelijke films, ' zegt Bai. “Eén ding is duidelijk uit het onderzoek, echter, zijn de duidelijke voordelen van het gebruik van metaalfilms met nanogaten als moleculair detectieplatform, ' zegt Bai.

“Dit is slechts een momentopname van ons hele project. uiteindelijk, onze detectietechnologie zal worden gebruikt in ziekenhuizen en testcentra, bijvoorbeeld, bij het screenen van prostaatkanker, of zelfs thuis gebruikt, net als glucosetestkits, ', voegt Bai eraan toe.