Biologiska sensorer, eller biosensorer, är som tekniska kanariefåglar i kolgruvan. Genom att omvandla ett biologiskt svar till en optisk eller elektrisk signal, de kan uppmärksamma oss på faror i våra yttre och inre miljöer. De kan känna av giftiga kemikalier och partiklar i luften och enzymer, molekyler, och antikroppar i kroppen som kan indikera diabetes, cancer, och andra sjukdomar.
En optisk biosensor fungerar genom att absorbera en specifik bandbredd av ljus och förskjuta spektrumet när den känner av mindre förändringar i miljön. Ju smalare bandet av absorberat ljus är, desto känsligare är biosensorn.
"För närvarande, plasmoniska absorbatorer som används i biosensorer har en resonansbandbredd på 50 nanometer, sa Koray Aydin, biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid Northwestern Universitys McCormick School of Engineering and Applied Science. "Det är avsevärt utmanande att designa absorbenter med smalare bandbredder."
Aydin och hans team har skapat en ny nanostruktur som absorberar ett mycket smalt spektrum av ljus - med en bandbredd på bara 12 nanometer. Denna ultrasmala bandabsorbator kan användas för en mängd olika applikationer, inklusive bättre biosensorer.
"Vi tror att vår unika smalbandiga absorbatordesign kommer att öka känsligheten hos biosensorer, "Aydin sa. "Det har varit en utmaning att känna av mycket små partiklar eller mycket låga koncentrationer av ett ämne."
Denna forskning beskrevs i artikeln "Ultranarrow bandabsorbers baserade på ytgitterresonanser i nanostrukturerade metallytor, " publicerad i numret 29 juli av ACS Nano .
Typiska absorbatorkonstruktioner använder två metallplåtar med ett icke-metalliskt isoleringsmaterial emellan. Genom att använda nanotillverkningstekniker i labbet, Aydins team fann att avlägsnandet av det isolerande lagret - lämnade bara metalliska nanostrukturer - fick strukturen att absorbera ett mycket smalare ljusband. Ljusabsorptionen är också hög, överstigande 90 procent vid synliga frekvenser.
Aydin sa att denna design också kan användas i applikationer för fototermisk terapi, termo-solceller, värmeassisterad magnetisk inspelning, termisk emission, och generering av solånga.
"Det fina med vår design är att vi hittade ett sätt att konstruera materialet genom att använda ett annat substrat, " sa Aydin.
