Systemen die labelvrije detectie op moleculair niveau mogelijk maken, zullen naar verwachting een enorme impact hebben op de biochemische wetenschappen. Onderzoek richt zich op materialen en technologieën gebaseerd op het benutten van de koppeling van licht met elektronische ladingsoscillaties, de zogenaamde gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonanties, in metalen nanogestructureerde antennes. De reden voor deze gerichte aandacht is hun geschiktheid voor detectie van enkelvoudige moleculen, voortkomend uit het intrinsiek nanoscopische detectievolume en de hoge gevoeligheid voor de lokale omgeving. Gewoonlijk zijn de metalen die worden gebruikt om dergelijke nanoantennes te bouwen goud of zilver. Licht effectief koppelen aan gelokaliseerde plasmonen met ferromagnetische metalen zoals nikkel of kobalt werd lange tijd in de praktijk onmogelijk geacht.

Een paar jaar geleden toonde een samenwerking tussen de nanomagnetisme en nanooptica-groepen in nanoGUNE aan dat ferromagnetische nanoantennes gelokaliseerde plasmonen ondersteunen, en, tegelijkertijd, vertonen een aanzienlijke magneto-optische activiteit onder toepassing van externe magnetische velden. Het idee om licht en magnetisme samen te brengen op nanoschaal met behulp van plasmonen geleid, in het afgelopen decennium, op het zich snel ontwikkelende veld van de magnetoplasmonica om nieuwe en onverwachte fenomenen en functionaliteiten te realiseren voor de manipulatie van licht- en/of spintoestanden op nanoschaal.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van CIC nanoGUNE, in samenwerking met onderzoekers van de Chalmers University of Technology en de Universiteit van Göteborg, hebben een nieuwe manier van optische detectie ontdekt, met behulp van de magneto-optische Kerr- en Faraday-effecten in ferromagnetische nanoantennes. Ze hebben onlangs getoond in een werk gepubliceerd in Natuurcommunicatie hoe ontworpen fasecompensatie in de elektromagnetische respons van magnetoplasmonische nanostructuren hen in staat stelt om te fungeren als ultragevoelige labelvrije sensoren op moleculair niveau met hoge cijfers, namelijk geweldige detectieprestaties met een buitengewone signaal-ruisverhouding. Het meest opmerkelijk, ze hebben een ruwe oppervlaktegevoeligheid getoond (dat wil zeggen, zonder toepassingsprocedures) van twee ordes van grootte hoger dan de huidige waarden gerapporteerd voor nanoplasmonische sensoren. Een dergelijke gevoeligheid komt overeen met een massa van 0,8 ag per nanoantenne van polyamide-6.6, die representatief is voor een grote verscheidenheid aan polymeren, peptiden, en eiwitten. Deze proof of concept opent de weg voor het ontwerpen van een nieuw type praktische apparaten, die magnetisch kan worden geactiveerd en gecontroleerd om zeer hoge waarnemingsprestaties te bereiken tot op submoleculair niveau.

De ontdekking van deze ultragevoelige mogelijkheden is voornamelijk gericht op de biogeneeskunde en diagnostiek als een efficiënte manier om meer informatie uit kleinere hoeveelheden vloeistoffen te halen, zoals bloed of urine, evenals om kankerserum te detecteren of om de dynamiek van eiwitten te bestuderen bij oppervlaktefunctionalisering. Naast biosensing, er zijn ook veel andere potentiële toepassingen die geen oppervlaktefunctionalisering vereisen en die enorm zouden profiteren van deze nieuwe benadering, zoals chemische detectie van giftige materialen en explosieven, of ultraprecieze toepassingen voor diktebewaking.