My Little Sensor Lab vid University of Arizona utvecklar ultrakänsliga optiska sensorer för medicinsk diagnostik, medicinsk prognos, miljöövervakning och grundläggande vetenskaplig forskning. Vår sensorteknologi identifierar ämnen genom att skina ljus på prover och mäta brytningsindex, eller hur mycket ljus som saktas ner när det passerar genom ett material, som skiljer sig från ett ämne till ett annat - säg, vatten och en DNA -molekyl.

Vår teknik låter oss upptäcka extremt låga koncentrationer av molekyler ner till en i en miljon biljoner molekyler, och kan ge resultat på under 30 sekunder.

Vanligtvis, brytningsindex är för subtilt för att detekteras i en enda molekyl, men med hjälp av en teknik som vi utvecklat, vi kan passera ljus genom ett prov tusentals gånger, vilket förstärker förändringen. Detta gör vår sensor till de mest känsliga som finns.

Enheten innehåller en liten ring som ljuset springer runt - 240, 000 gånger på 40 nanosekunder, eller miljarddels sekund. Ett vätskeprov omger sensorn. En del av ljuset sträcker sig utanför ringen, där det interagerar med provet tusentals gånger.

Till skillnad från andra mycket känsliga detektionsmetoder, vår är etikettfri, vilket betyder att vi inte behöver lägga till några radioaktiva taggar eller fluorescerande etiketter för att identifiera vad vi försöker upptäcka. Det betyder att vi inte behöver bearbeta våra prover lika mycket.

Eftersom vår sensor är så känslig, vi kräver bara små mängder av ett ämne, vilket är användbart både för att minska kostnaderna och i de fall där reagens är svåra att få fram.

Vissa sjukdomar, som cancer, kan utvecklas tyst, undvika upptäckt tills det är för sent. En ultrakänslig sensor kan upptäcka en sjukdom innan symtomen dyker upp, låta vårdgivare behandla sjukdomen tidigt, när det fortfarande kan botas. Sensorn kan också användas i ett andningstest av covid-19.

Att ha en snabb och känslig sensor kan också möjliggöra övervakning av sjukdomsprogression och kan kvantifiera effekten av olika behandlingar. Vårt labb, till exempel, arbetar för närvarande med att upptäcka låga koncentrationer av biomolekyler som indikerar Alzheimers sjukdom eller cancer i blod, urin- och salivprov.

Många andra tillvägagångssätt kräver att du antingen fluorescerande "märker" det du försöker upptäcka eller förstärka DNA med hjälp av en polymeraskedjereaktion (PCR). Till exempel, nuvarande COVID-19-testning kräver att du väljer mellan ett snabbt antigenprov, som inte är lika korrekt, eller ett PCR -test, vilket är korrekt men dyrt och tidskrävande.

Aktiva forskningsområden inom detta område inkluderar också sätt att förbättra provleverans till sensorn, vilket kan förbättra responstiden och minska mängden målsubstans som behövs för detektion. Forskare arbetar också med metoder för att förbättra sensorselektivitet, vilket innebär att sensorn bättre kan skilja målsubstansen från andra ämnen. Detta minskar falska positiva.

Den här månaden, vårt laboratorium fick ett bidrag på 1,8 miljoner dollar från National Institutes of Health för att förbättra sensorn. Nästa steg efter att ha visat att våra enheter fungerar i forskningsinställningar skulle vara att gå över till kliniska prövningar.

Dessutom, vi förbättrar hela tiden vår sensor för att göra den mer känslig och mer selektiv. Vi arbetar också med att använda sensorn för att göra en bärbar, vårdpunkt för medicinsk diagnostik som kan användas för hemtjänst eller ges till en EMT i en ambulans eller en soldat på ett slagfält.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.