Specialister vid National Research Nuclear University MEPhI och institutionella medarbetare har föreslagit ett koncept med överkänsliga sensoriska transduktorer (Fourier nano-transduktorer) som drastiskt skulle kunna revolutionera ultrakänslig kontroll inom biomedicin och en hel rad andra sfärer. Resultaten publiceras i Avancerade funktionella material .

Fourier nanotransduktorer är monolagerarkitekturer av guldnanopartiklar arrangerade på ytan som nanoperiodiska strukturer på ett sådant sätt att deras belysning leder till en plasmonstörning (elektromagnetiskt bundna kollektiva resonanser av fria radikaler) i metallsystemet.

Dessa givare kan koncentrera det elektriska fältet i en ljusvåg i ett supertunt lager, på så sätt få information om dess optiska egenskaper i form av speciellt kodade korrelationer, eller förhållanden mellan ljusvågsfaser, innan den vidarebefordras i reflekterade eller diffrakterade ljusstrålar.

Dr Andrei Kabashin, vetenskaplig chef för Institutet för teknisk fysik för biomedicin vid MEPhI National Research Nuclear University, sa, "En sådan ljusvågsfältkoncentration, kodning, och fasinformationsövergång hjälper till att komma fram till den oöverträffade känsligheten hos ett helt system för förändringar i de optiska egenskaperna hos supertunna lager, inklusive atomlager av 2-D-material och molekylära lager av biomaterial på ytan av biosensorer."

Enligt Kabashin, överkänsligheten hos de föreslagna nano-omvandlarna ses i den registrerade ferroelektriska effekten från atomskiktet av molybdendiselenid (MoS₂, alternativ till grafen). Forskarna säger att en sådan minimal effekt registrerad från atomskiktet är oöverträffad, och inleder en helt ny era för 2D-materialforskning.

Ett annat exempel på sådan överkänslighet är en ny metod för att detektera antibiotikan kloramfenikol, används i stor utsträckning inom medicin- och livsmedelsindustrin. Det är viktigt att ha full kontroll över dess koncentration i livsmedel, eftersom det leder till onkologiska sjukdomar och cardio dysfunktioner i överskott.

Forskningen har visat att Fourier nanotransformatorer ökar chanserna att upptäcka antibiotika tusen gånger jämfört med andra metoder. De förutspås visa sig vara effektiva inom en rad sfärer – till exempel, tidiga diagnoser av farliga sjukdomar, samt ultrakänslig dopingkontroll, övervakning av livsmedelskvalitet och miljöförhållanden.

I en parallell studie, forskargruppen, tillsammans med ryska forskare från Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences, kom på ett unikt sätt att använda nanopartiklar av kisel för cancerdiagnostik. Som Dr. Kabashin förklarade, forskare kan snart finna det möjligt att "ompröva problemet med bioavbildning för ett av de mest lovande nanomaterialen."