Forskare vid Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har utvecklat en ljusbaserad enhet som kan fungera som en biosensor, detektering av biologiska ämnen i material; till exempel, skadliga patogener i livsmedelsprover.

Nuvarande branschstandard biosensorer har begränsad känslighet och precision. De kan bara upptäcka kumulativa effekter av grupper av partiklar, snarare än enskilda molekyler.

Men verktyget som teamet utvecklat är 280 gånger mer känsligt.

I samarbete med forskare från University of Wisconsin, USA, forskare i OIST'S Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit använde detta verktyg, en typ av optisk resonator, för att skapa högupplöst, bilder i realtid av enskilda nanopartiklar. Deras resultat publiceras i ACS Nano .

Kemi i nanoskala

Under de senaste åren har OIST -forskarna har experimenterat med mikrobubbelresonatorer, en typ av mikroresonator som består av ett ihåligt glasskal fäst vid en lång, tunt glas kapillär. Forskarna fyller en mikrobubbelresonator med vatten. Sedan, när de lyser ljusstrålar på den, ljusvågor cirkulerar snabbt genom vattnet, låta forskare studera fysikaliska och kemiska egenskaper hos partiklar på resonatorns yta.

För den aktuella studien, de samarbetsvilliga forskarna från University of Wisconsin belagde insidan av mikrobubbla resonatorns glasfär med guldnanoroder.

Forskarna lyste en laserstråle för att värma nanoroderna, observerade sedan hur formen, orientering, och ytkemi för nanoroderna förändrades när de utsattes för vissa kemikalier och ljusfält.

När nanopartiklarna absorberade sken ljuset på dem, de värmde upp. Dessa temperaturökningar orsakade förskjutningar i ljusfrekvenserna från resonatorn, tillåter forskarna att mäta och avbilda förändringar i nanopartikeltemperatur med en otroligt hög upplösning.

Väsentligen, resonatorn blev en otroligt känslig typ av termometer, sa forskarna.

Forskarnas nästa steg är att tillämpa denna fototermiska avkänningsteknik på proteiner, snarare än nanopartiklar, belägga insidan av resonatorn med proteiner istället för guldnanoroder. Forskarna hoppas att förändringar i proteinform kommer att förändra de optiska och termiska egenskaperna hos proteinerna, så att de kan studera molekylära händelser på resonatorytan ytterligare.

Dessutom, metoden kan vara användbar för att detektera små virus eller enstaka DNA -strängar.

"Normalt om du vill få högupplösta bilder av små proteiner skulle du behöva ett elektronmikroskop - vilket skulle skada proteinet, "sa doktor Jonathan Ward, medförfattare till studien. "Potentialen här för kommersialisering är enorm, fastän, det finns fortfarande många tekniska utmaningar att övervinna. "