EPFL-forskare har utvecklat en metod för att öka känsligheten hos snabbdetekteringstest som de som används för det nya coronaviruset. Resultaten av deras förstudie har precis publicerats i Nanobokstäver .

Graviditetstester och snabbtester för det nya coronaviruset fungerar på samma sätt. De innehåller en yta - vanligtvis gjord av metall - på vilken kemiska nanosensorer upptäcker specifika föreningar i ett urinprov, saliv eller blod som indikerar närvaron av ett visst protein eller del av ett virus. "Testen visar sig vara positiva om deras sensorer kommer i kontakt med målföreningen, säger Olivier Martin, chef för EPFL:s Nanophotonics and Metrology Laboratory, inom Ingenjörshögskolan.

Denna biologiska mekanism är osynlig för blotta ögat, men hur metallen är uppbyggd gör att den kan interagera med ljus, skapar störningar i ljusets rörelse. "Dessa störningar är vad som säger oss att en sensor på metallytan har kommit i kontakt med målföreningen, " säger Martin. "Processen skapar en optisk våg, som förökar sig och visas som en röd linje på ett graviditetstest, till exempel." Hans team arbetade med forskare vid EPFL:s Bionanophotonic Systems Laboratory, ledd av Hatice Altug, att göra tekniken mer känslig och effektivare. Deras resultat har just publicerats i Nanobokstäver .

Använder kisel som ljudlåda

För att genomföra sina experiment, forskarna använde aluminium för metallytan som nanosensorerna är placerade på. Strax under aluminiumet lade de till ett lager kisel, som inte leder ström. "Kislet fungerar som en ljudlåda, " säger Martin. "Föreställ dig en vattenkokare - dess yta vibrerar när en trumslagare slår den, och det är ljudlådan under som låter oss höra vibrationerna. I vårt system, kiselskiktet fungerar som en resonator och förstärker metallens reaktion, gör systemet mer känsligt. Det betyder att vi kan upptäcka mindre proteiner eller mindre koncentrationer av virus."

En nanometrisk smörgås

Deras sandwich-typ system fungerar på en nanometrisk skala. Men varför bestämde de sig för att utveckla en sådan miniatyrteknik? "Vi måste arbeta i samma skala som de objekt vi vill upptäcka - i det här fallet, proteiner och virus. Också, det optiska svaret är olika beroende på vilken skala vi använder. En silverstav kan se grå ut för oss, men i nanometrisk skala, silverpartiklarna verkar faktiskt blåa, säger Martin.

Detta är första gången som forskare har utvecklat ett medicinskt testsystem genom att koppla en metall med en elektrisk isolator. "Vi har formler för att designa nanostrukturer för metaller och för dielektriska material, men vi måste fortfarande hitta en som kombinerar de två, ", säger Martin. "Att utveckla vår smörgåsteknik var en riktig utmaning. Därefter planerar vi att experimentera med andra metaller, vilket kommer att ge upphov till nya utmaningar. Vi måste också optimera strukturen på vår enhet så att den optiska resonansen blir så stark som möjligt."