Наносенсор нацелен на медицинские приложения

Исследователи в Институте по Высокопроизводительным Вычислениям и Институте Исследования Материалов и Технического Проектирования Агентства A*STAR изучили свойства тонких металлических пленок с отверстиями, которые являются особенно перспективными для молекулярного обнаружения. В соответствии с полученными данными, сенсоры могут быть применены в таких областях, как медицинская диагностика. Обнаружение малых количеств молекул важно для множества областей – от газочувствительных приборов до биомедицинской диагностики. Большинству подобных устройств требуются дешевые одноразовые, но в то же время достаточно чувствительные сенсоры, способные обнаруживать молекулы вплоть до одномолекулярного уровня. Тонкие металлические пленки с отверстиями диаметром 1 нанометр способны эффективно пропускать свет с определенной длиной волны.

Эффективность возникает из-за поверхностных плазмон-поляритонов (ППП) – совместных движений электронов на металлической поверхности – которые могут фокусировать свет в точки, значительно меньшие, чем длинна волны использованного света. Эти ППП могут быть использованы для обнаружения молекул посредством высвечивания трассирующих молекул, прикрепленных к ним. Это свечение также усилено ППП, и может быть легко обнаружено через микроскоп даже применительно к малым количествам молекул. ППП-обнаружение. Пленки с нанодырками могут быть использованы в двух различных конфигурациях для обнаружения молекул в водном растворе. В режиме отражения (наверху), свет направлен на образец со стороны воды.

В режиме пропускания (внизу), свет направлен на образец с обратной стороны, приводя к различным свойствам ППП. Интенсивность поля ППП показана цветовым графиком. Оптические поля наверху и внизу рассчитаны для разных резонансных частот. «Установка сверхкомпактна, чтобы обеспечить совместимость с системами датчиков для диагностики на месте», объясняет Пинг Бай, один из исследователей Института. Бай и его коллеги изучили две измерительные схемы. В первой схеме, свет направлен на пленку с нанодырками под углом с той же стороны, что и образец. Во второй схеме, пленка освещена сзади, так, что свету сначала приходится пройти сквозь дырки. Исследователи обнаружили, что каждая схема имеет свои преимущества. В схеме «отражения», ППП-эффект сильнее, так как свет направлен непосредственно на образец, и ему не приходится проходить металлическую пленку. Однако чтобы свет не прошел, требуется более толстая пленка.

В схеме «пропускания», интенсивность света, испущенного молекулами слабее, но в этом случае преимущество состоит в том, что фильтры и другие сенсоры, возможно, могут быть включены в металлическую пленку, и толщина пленки может быть значительно меньше. «Таким образом нет четкого преимущества той или иной измерительной схемы таких пленок», замечает Бай. «Однако единственное, что четко видно из исследования, это преимущества использования металлических пленок с нанодырками в качестве платформы для молекулярного обнаружения». «Это всего лишь краткая характеристика всего нашего проекта. В перспективе, наша технология обнаружения будет применяться в больницах и диагностических центрах например для выявления рака простаты, или даже будет использоваться в домашних условиях просто в качестве прибора для измерения уровня сахара в крови», добавляет Бай.