EPFL-wetenschappers hebben een methode ontwikkeld om de gevoeligheid van snelle-detectietests zoals die worden gebruikt voor het nieuwe coronavirus te verhogen. De resultaten van hun haalbaarheidsonderzoek zijn zojuist gepubliceerd in Nano-letters .

Zwangerschapstesten en sneltesten voor het nieuwe coronavirus werken op dezelfde manier. Ze bevatten een oppervlak - meestal gemaakt van metaal - waarop chemische nanosensoren specifieke verbindingen detecteren in een urinemonster, speeksel of bloed die wijzen op de aanwezigheid van een bepaald eiwit of een deel van een virus. "De tests blijken positief te zijn als hun sensoren in contact komen met de doelverbinding, " zegt Olivier Martin, hoofd van EPFL's Nanophotonics and Metrology Laboratory, binnen de Technische School.

Dit biologische mechanisme is onzichtbaar voor het blote oog, maar de manier waarop het metaal is gestructureerd, maakt het in staat om te interageren met licht, verstoringen in de beweging van het licht veroorzaken. "Deze verstoringen vertellen ons dat een sensor op het metalen oppervlak in contact is gekomen met de doelverbinding, " zegt Martin. "Het proces creëert een optische golf, die zich voortplant en verschijnt als een rode lijn op een zwangerschapstest, bijvoorbeeld." Zijn team werkte samen met wetenschappers van EPFL's Bionanophotonic Systems Laboratory, onder leiding van Hatice Altug, om de technologie gevoeliger en effectiever te maken. Hun bevindingen zijn zojuist gepubliceerd in Nano-letters .

Silicium gebruiken als klankkast

Om hun experimenten uit te voeren, de wetenschappers gebruikten aluminium voor het metalen oppervlak waarop de nanosensoren worden geplaatst. Net onder het aluminium hebben ze een laag silicium toegevoegd, die geen stroom geleidt. "Het silicium werkt als een klankkast, " zegt Martin. "Stel je een pauk voor - het oppervlak trilt als een drummer erop slaat, en het is de klankkast eronder die ons de trillingen laat horen. In ons systeem, de siliciumlaag dient als resonator en versterkt de reactie van het metaal, waardoor het systeem gevoeliger wordt. Dat betekent dat we kleinere eiwitten of kleinere concentraties virussen kunnen detecteren."

Een nanometrisch broodje

Hun sandwich-type systeem werkt op nanometrische schaal. Maar waarom hebben ze besloten om zo'n miniatuurtechnologie te ontwikkelen? "We moeten op dezelfde schaal opereren als de objecten die we willen detecteren - in dit geval eiwitten en virussen. Ook, de optische respons verschilt afhankelijk van de schaal die we gebruiken. Een staaf zilver kan voor ons grijs lijken, maar op nanometrische schaal, de zilverdeeltjes lijken eigenlijk blauw, " zegt Martijn.

Dit is de eerste keer dat wetenschappers een medisch testsysteem hebben ontwikkeld door een metaal te koppelen aan een elektrische isolator. "We hebben formules om nanostructuren te ontwerpen voor metalen en voor diëlektrische materialen, maar we moeten er nog een vinden die de twee combineert, ", zegt Martin. "Het ontwikkelen van onze sandwichtechnologie was een echte uitdaging. Vervolgens zijn we van plan om te experimenteren met andere metalen, wat voor nieuwe uitdagingen zal zorgen. We moeten ook de structuur van ons apparaat optimaliseren, zodat de optische resonantie zo sterk mogelijk is."