Een onderzoeksteam heeft een ‘breedband nanogap gouden spectroscopische sensor’ ontwikkeld met behulp van een flexibel materiaal dat kan buigen om een ​​gecontroleerde opening te creëren. Met de ontwikkelde technologie is het mogelijk om snel verschillende soorten materialen, waaronder infectieziektevirussen, te testen met slechts één nanospectroscopische sensor om moleculaire vingerafdrukken te vinden. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nano Letters .

De opkomst van pandemische epidemieën zoals COVID-19 heeft de noodzaak benadrukt van snelle en nauwkeurige analysemethoden ter voorbereiding op mogelijke toekomstige virusuitbraken. Raman-spectroscopie, waarbij gebruik wordt gemaakt van gouden nanostructuren, biedt informatie over de interne structuur en chemische eigenschappen van materialen door de verschillende trillingen van moleculen te analyseren die bekend staan ​​als 'moleculaire vingerafdrukken', waarbij gebruik wordt gemaakt van licht met opmerkelijke gevoeligheid. Daarom zou het een cruciale rol kunnen spelen bij het bepalen van de positiviteit van een virus.

Conventionele, hooggevoelige Raman-spectroscopiesensoren detecteren echter slechts één type virus met één enkel apparaat, wat beperkingen met zich meebrengt op het gebied van productiviteit, detectiesnelheid en kosten bij het overwegen van klinische toepassingen.

Het onderzoeksteam, bestaande uit Professor Kyoung-Duck Park en Taeyoung Moon en Huitae Joo, Ph.D. kandidaten van de afdeling natuurkunde van de Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie (POSTECH) hebben met succes een eendimensionale structuur op millimeterschaal gefabriceerd, met gouden nanogaten waarin slechts één enkel molecuul past met een nauwe pasvorm. Deze vooruitgang maakt hooggevoelige Raman-spectroscopische detectie over een groot oppervlak mogelijk. Bovendien integreerden ze effectief flexibele materialen op het substraat van de gouden nanogap spectroscopische sensor.

Het team ontwikkelde ook een brontechnologie voor een actieve nanospectrale breedbandsensor, die op maat gemaakte detectie van specifieke stoffen mogelijk maakt met behulp van één enkel apparaat, door de nanogap te vergroten tot de grootte van een virus en de breedte vrij aan te passen aan de grootte en het type materiaal. , inclusief virussen.

Bovendien verbeterden ze de gevoeligheid en bestuurbaarheid van de sensor door adaptieve optica-technologie te combineren die wordt gebruikt in gebieden zoals ruimte-optica, zoals de James Webb-telescoop. Bovendien hebben ze een conceptueel model opgesteld om de gefabriceerde eendimensionale structuur uit te breiden tot een tweedimensionale spectroscopische sensor, waarmee theoretisch het vermogen wordt bevestigd om Raman-spectroscopische signalen tot wel enkele miljarden keren te versterken. Met andere woorden:het wordt mogelijk om binnen enkele seconden de positiviteit van virussen in realtime te bevestigen, een proces dat voorheen dagen duurde voor de verificatie.

De prestaties van het onderzoeksteam, momenteel in afwachting van patentgoedkeuring, zullen naar verwachting worden gebruikt voor de snelle reactie door middel van uiterst gevoelige realtime tests in het geval van onverwachte infectieziekten zoals COVID-19, om willekeurige verspreiding te voorkomen.

Taeyoung Moon, hoofdauteur van het artikel, zei:“Dit bevordert niet alleen fundamenteel wetenschappelijk onderzoek bij het identificeren van unieke eigenschappen van materialen, van moleculen tot virussen, maar vergemakkelijkt ook praktische toepassingen, waardoor een snelle detectie van een breed spectrum van opkomende virussen mogelijk wordt met behulp van één enkele, op maat gemaakte sensor."

Meer informatie: Taeyoung Moon et al, Adaptive Gap-Tunable Surface-Enhanced Raman Spectroscopie, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00289

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie