biologische sensoren, of biosensoren, zijn als technologische kanaries in de kolenmijn. Door een biologische respons om te zetten in een optisch of elektrisch signaal, ze kunnen ons waarschuwen voor gevaren in onze externe en interne omgeving. Ze kunnen giftige chemicaliën en deeltjes in de lucht en enzymen waarnemen, moleculen, en antilichamen in het lichaam die kunnen wijzen op diabetes, kanker, en andere ziekten.

Een optische biosensor werkt door een specifieke bandbreedte van licht te absorberen en het spectrum te verschuiven wanneer hij kleine veranderingen in de omgeving waarneemt. Hoe smaller de band van geabsorbeerd licht is, hoe gevoeliger de biosensor.

"Momenteel, plasmonabsorbers die in biosensoren worden gebruikt, hebben een resonantiebandbreedte van 50 nanometer, " zei Koray Aydin, universitair docent elektrotechniek en informatica aan de McCormick School of Engineering and Applied Science van de Northwestern University. "Het is een grote uitdaging om absorbers met smallere bandbreedtes te ontwerpen."

Aydin en zijn team hebben een nieuwe nanostructuur gemaakt die een zeer smal spectrum van licht absorbeert - met een bandbreedte van slechts 12 nanometer. Deze ultrasmalle bandabsorber kan voor verschillende toepassingen worden gebruikt, inclusief betere biosensoren.

"Wij zijn van mening dat ons unieke smalbandabsorberontwerp de gevoeligheid van biosensoren zal verbeteren, "Zei Aydin. "Het was een uitdaging om zeer kleine deeltjes of zeer lage concentraties van een stof waar te nemen."

Dit onderzoek werd beschreven in het artikel "Ultranarrow band absorbers based on surface lattice resonances in nanogestructureerde metalen oppervlakken, " gepubliceerd in het 29 juli nummer van ACS Nano .

Typische absorberontwerpen gebruiken twee metalen platen met daartussen een niet-metalen isolatiemateriaal. Door gebruik te maken van nanofabricagetechnieken in het laboratorium, Het team van Aydin ontdekte dat het verwijderen van de isolerende laag - waardoor alleen metalen nanostructuren overblijven - ervoor zorgde dat de structuur een veel smallere lichtband absorbeerde. De absorptie van licht is ook hoog, meer dan 90 procent bij zichtbare frequenties.

Aydin zei dat dit ontwerp ook kan worden gebruikt in toepassingen voor fotothermische therapie, thermo-fotovoltaïsche, warmte-ondersteunde magnetische opname, thermische emissie, en zonne-stoomopwekking.

"Het mooie van ons ontwerp is dat we een manier hebben gevonden om het materiaal te engineeren door een ander substraat te gebruiken, ' zei Aydin.