Recente ontwikkelingen in nanotechnologie bieden nieuwe mogelijkheden voor medische beeldvorming en detectie. Gouden nanostructuren, bijvoorbeeld, kan de fluorescentie verbeteren van markerkleurstoffen die vaak worden gebruikt om biomoleculen te detecteren en specifieke ziekten te diagnosticeren.

Nutsvoorzieningen, Ping Bai bij het A*STAR Institute of High Performance Computing, Singapore, en collega's hebben een snelle en goedkope manier ontwikkeld om arrays van gouden nanogaten te fabriceren. De onderzoekers hebben aangetoond dat sensorchips die zijn gebouwd met behulp van deze nanostructuren, kankergerelateerde moleculen in bloed nauwkeurig kunnen detecteren en klein genoeg zijn om te worden gebruikt in draagbare medische apparaten.

Nanogat-arrays zijn zo ontworpen dat invallend licht van bepaalde golflengten grootschalige oscillaties van de gouden elektronen zal veroorzaken, bekend als gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie (SPR). De gelokaliseerde SPR focust de geabsorbeerde lichtenergie om de fluorescentie te verbeteren (zie afbeelding).

"Commerciële SPR-systemen worden al gebruikt in ziekenhuislaboratoria, maar ze zijn omvangrijk en duur, " zegt Bai. "We willen graag kleine, draagbare apparaten voor klinisch gebruik ter plaatse. Dit vereist gelokaliseerde SPR, waarvoor we nanohole-arrays nodig hebben."

Eerder, nanohole-arrays zijn gemaakt met behulp van elektronenstraallithografie (EBL), wat duur en tijdrovend is. Bai en collega's gebruikten EBL om een ​​nikkelmal te maken en gebruikten de mal vervolgens om nanogaatjespatronen op een fotoresistmateriaal te printen. De onderzoekers maakten de nanostructuren door goud op de patroonstructuur te verdampen voordat het fotoresistmateriaal werd afgepeld. Omdat de nikkelvorm vele malen kan worden hergebruikt, deze methode, nano-imprinting genaamd, kan grote aantallen gouden nanohole-arrays produceren.

"We hebben arrays van nanogaatjes van 140 nanometer vierkante gemaakt met heel weinig defecten, " zegt Bai. Als eerste demonstratie, de onderzoekers toonden aan dat een sensorchip gemaakt met hun nanohole-arrays prostaatkankerantigenen in bloed kon detecteren, en was tien keer gevoeliger dan een identiek apparaat dat een goudfilm zonder nanogaten gebruikte. Het optimaliseren van het chipontwerp zou de gevoeligheid verder verbeteren, Bai merkt op.

Het team is van mening dat deze chips kunnen worden ingebouwd in goedkope en draagbare point-of-care-apparaten voor een snelle diagnose van ziekten zoals knokkelkoorts. "De microfluïdische cartridge die is gebouwd met behulp van onze nanohole-arrays is ongeveer zo groot als een creditcard, " zegt Bai. "In de toekomst, we hopen detectoren te bouwen die gebruik maken van zeer eenvoudige lichtbronnen, zoals LED's, en eenvoudige detectoren vergelijkbaar met smartphonecamera's. Deze apparaten zullen wijdverbreide toepassingen hebben in de medische wetenschap en kunnen zelfs worden gebruikt om verontreinigingen in voedsel, water of de lucht."