Figur 1. En schematisk ritning av lösningsmätning med hjälp av ett tillverkat terahertz-mikrofluidchip. Chipet består av en lokal THz strålningspunktkälla, en enda mikrokanal och ett fåtal uppsättningar av delade ringresonatorer. THz-vågorna genereras genom att bestråla laserstrålen från baksidan av kristallen och interagerar effektivt med lösningen som flödar inuti mikrokanalen. Den optiska mikroskopbilden av tillverkat mikrofluidchip visas också. Kredit:Osaka University
Användningen av terahertz (THz) vågor för biosensing får för närvarande stor uppmärksamhet. THz-vågor kan detektera molekylära vibrationer och rotationer, utan att använda märkningar som kan påverka egenskaperna hos ämnena av intresse.
Dock, tills nu, diffraktionsgränsen för THz-vågor och deras starka absorption av vatten har begränsat denna teknik.
Mikrofluidiska enheter är också lovande analytiska system på grund av de låga provvolymer som behövs för provmätning.
En grupp forskare från Osaka University har nu utvecklat ett icke-linjärt optiskt kristall-chip (NLOC), som kombinerar THz-vågor med en mikrofluidisk enhet, utnyttjande av närheten till THz-vågkällan och lösningen av intresse i en mikrokanal. Deras arbete publicerades i APL Photonics.
"Med vår teknik, vi har kunnat detektera lösningskoncentrationer av flera femtomoler i volymer på mindre än en nanoliter, "Säger motsvarande författare Masayoshi Tonouchi. "En sådan högkänslig detektering utan behov av märkning av delar har stor potential för framtida kliniska tekniker med låg invasivitet."
Tidig och snabb upptäckt av ett antal vanliga sjukdomar förväntas vara en av teknikens stora tillämpningar. Cancer, diabetes, och influensaviruset skulle potentiellt kunna detekteras med endast mycket små volymer kroppsvätska, minska smärtan och obehaget vid många utforskande procedurer för patienter. Dessutom, tekniken gör att levande celler kan analyseras på ett oförstörande sätt, som har många potentiella fördelar inom forskning.
Fig.2. Plots av resonansfrekvensen skiftar med avseende på mineralkoncentrationen i den faktiska mängden 318 pikoliter mineralvatten. Genom att observera mängden skift från resonansfrekvensen för rent vatten, det har visat sig att det lösta ämnet kan detekteras med en känslighet på upp till 31,8 femtomol. Kredit:Osaka University
Det utvecklade NLOC-chippet kan lokalt generera THz-strålningen i närheten av den enda mikrokanalsenheten, förbättra effektiviteten. Sensorchippet användes för att analysera mineralkoncentrationer genom att jämföra frekvensförskjutningar till följd av närvaron av joner med de av rent vatten. Med denna teknik bestämde de en känslighet på 31,8 femtomol.
"Att uppnå hög känslighet utan behov av en högeffekts optisk eller THz-källa, närfältssonder eller prismor, öppnar upp ett antal möjligheter, ", säger den ledande författaren Kazunori Serita. "Vi är mycket entusiastiska över potentialen hos våra resultat att leda till snabb upptäckt och kompakt enhetsdesign. Särskilt, vi ser att våra resultat accelererar utvecklingen av THz lab-on-a-chip-enheter."
Denna mycket anpassningsbara teknik kommer sannolikt att sprida sig till många områden inom analytisk och biokemi, samt cellbiologi, och klinisk medicin.
