De verspreiding van point-of-care-tests, van bloedglucosemeters thuis tot COVID-19-sneltests, versnelt en verbetert de medische zorg.

Doorgaan met het upgraden van de sensortechnologie die de groei van deze producten stimuleert, wordt echter een steeds grotere uitdaging.

Sommige optische sensorchips bevatten bijvoorbeeld nanostructuren die bijna net zo klein zijn als de biologische en chemische moleculen waarnaar ze op zoek zijn. Deze nanostructuren verbeteren het vermogen van de sensor om moleculen te detecteren. Maar hun kleine afmetingen maken het moeilijk om de moleculen naar het juiste gebied van de sensor te leiden.

"Het is alsof je een nieuwe raceauto bouwt die meer gestroomlijnd is en daarom sneller rijdt, maar de deur is te klein gemaakt voor de bestuurder om in de auto te stappen", zegt Peter Q. Liu, Ph.D., assistent-professor elektrische engineering aan de Universiteit van Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Liu—samen met Xianglong Miao, een Ph.D. kandidaat in zijn laboratorium, en Ting Shan Luk, Ph.D., bij het Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories, hebben een nieuwe sensor ontwikkeld die dit probleem aanpakt.

Beschreven in een studie gepubliceerd in Advanced Materials in januari maakt de sensor gebruik van oppervlakteversterkte infraroodabsorptie (SEIRA) spectroscopie.

Spectroscopie omvat het bestuderen van hoe licht interageert met materie. Hoewel infraroodabsorptiespectroscopie al meer dan 100 jaar bestaat, proberen onderzoekers de technologie nog steeds krachtiger, betaalbaarder en veelzijdiger te maken.

Zoals de naam al doet vermoeden, werken deze sensoren met licht in de midden-infrarode band van het elektromagnetische spectrum, dat wordt gebruikt door afstandsbedieningen, nachtkijkers en andere producten.

De nieuwe sensor bestaat uit verschillende reeksen kleine rechthoekige stroken goud. Ingenieurs doopten de strips in 1-octadecaanthiol, een chemische verbinding (vaak afgekort als ODT) die ze wilden identificeren.

Onderzoekers voegden vervolgens een druppel vloeibaar metaal toe - in dit geval gallium - om als basis van de sensor te dienen. Ten slotte plaatsten ze er een dunne glazen afdekking bovenop om een ​​sandwich-achtige structuur te vormen.

Het ontwerp van de sensor, met zijn lagen en holtes, creëert wat onderzoekers een 'nanopatch-antenne' noemen. De antenne leidt moleculen naar de holtes en absorbeert voldoende infraroodlicht om biologische en chemische monsters te analyseren.

"Zelfs een enkele laag molecuul in onze sensor kan leiden tot een verandering van 10% in de hoeveelheid gereflecteerd licht, terwijl een typische sensor slechts een verandering van 1% kan produceren", zegt Liu, die eraan toevoegt dat het team de hoeveelheid licht zal blijven verfijnen. sensor met als doel deze te gebruiken voor bioanalytische detectie en medische diagnostische toepassingen, zoals detectie van biomarkers die verband houden met bepaalde ziekten.

Na het meten van de ODT verwijderden de onderzoekers het vloeibare gallium van het oppervlak van de sensorchip met een wattenstaafje. Dankzij dit proces kan de sensor opnieuw worden gebruikt, wat hem kosteneffectiever zou kunnen maken dan vergelijkbare alternatieven.

"De structuur van onze sensor maakt hem geschikt voor point-of-care-toepassingen die door een verpleegkundige bij een patiënt kunnen worden geïmplementeerd, of zelfs buiten het ziekenhuis bij een patiënt thuis", zegt hij. + Verder verkennen

Hooggevoelige nanofotonische sensoren met passieve opsluiting van analytmoleculen in hotspots