De senaste framstegen inom nanoteknik ger nya möjligheter för medicinsk avbildning och avkänning. Guldnanostrukturer, till exempel, kan förbättra fluorescensen av markörfärgämnen som vanligtvis används för att upptäcka biomolekyler och diagnostisera specifika sjukdomar.

Nu, Ping Bai vid A*STAR Institute of High Performance Computing, Singapore, och medarbetare har utvecklat ett snabbt och billigt sätt att tillverka matriser av guldnanohål. Forskarna har visat att sensorchips byggda med dessa nanostrukturer exakt kan upptäcka cancerrelaterade molekyler i blod och är tillräckligt små för att kunna användas i bärbara medicintekniska produkter.

Nanohålsarrayer är utformade så att infallande ljus med vissa våglängder kommer att orsaka storskaliga oscillationer av guldelektronerna, känd som lokaliserad ytplasmonresonans (SPR). Den lokaliserade SPR fokuserar den absorberade ljusenergin för att förbättra fluorescensen (se bild).

"Kommersiella SPR -system används redan i sjukhuslaboratorier, men de är skrymmande och dyra, "säger Bai." Vi skulle vilja utveckla små, handhållna enheter för klinisk användning på plats. Detta kräver lokal SPR, för vilka vi behöver nanohålsarrayer. "

Tidigare, nanohålsarrayer har skapats med elektronstråle litografi (EBL), vilket är dyrt och tidskrävande. Bai och medarbetare använde EBL för att skapa en nickelform och använde sedan formen för att skriva ut nanohålsmönster på ett fotoresistmaterial. Forskarna gjorde nanostrukturerna genom att förånga guld på den mönstrade strukturen innan de avlägsnade fotoresistmaterialet. Eftersom nickelformen kan återanvändas många gånger, denna metod-kallad nano-imprinting-kan producera ett stort antal guld-nanohålsarrayer.

"Vi tillverkade matriser med 140 nanometer-kvadratiska nanohål med mycket få defekter, "säger Bai. Som en första demonstration, forskarna visade att ett sensorchip tillverkat med deras nanohålsarrayer kunde upptäcka prostatacancerantigener i blod, och var tio gånger känsligare än en identisk enhet som använde en guldfilm utan nanohål. Optimering av chipdesignen skulle ytterligare förbättra känsligheten, Bai noterar.

Teamet tror att dessa chips kan införlivas i billiga och bärbara vårdapparater för snabb diagnos av sjukdomar som denguefeber. "Mikrofluidpatronen som är byggd med våra nanohålsarrayer är ungefär lika stor som ett kreditkort, "säger Bai." I framtiden, vi hoppas kunna bygga detektorer som använder mycket enkla ljuskällor, såsom lysdioder, och enkla detektorer som liknar smarttelefonkameror. Dessa enheter kommer att ha utbredda tillämpningar inom medicinsk vetenskap och kan till och med användas för att upptäcka föroreningar i livsmedel, vatten eller luften. "