Ett internationellt team, leds av Swinburne University of Technology och Australian National University (ANU), har gjort en banbrytande upptäckt som potentiellt kan leda till snabbare, mer exakta molekylära eller virustester, inklusive för covid-19.

Forskarna inspirerades av hur ljus koncentreras i fjärilsvingar och har upptäckt ett nytt sätt att koncentrera ljus på ett chip, som har kraftfull potential för molekylär eller virusdetektion.

Teamet leds av direktören för Swinburne's Center for Translational Atomaterials, Professor Baohua Jia, och chef för ANU:s icke-linjära fysikcenter, Framstående professor Yuri Kivshar. Tillsammans, de har löst en av de mest ihållande utmaningarna i studien och konstruktionen av ljus i nanoskala (känd som nanofotonik):ljusfältsförbättring i nanoskala. I grund och botten, hur man producerar enorm ljusenergi i liten skala.

Deras upptäckt möjliggör skapandet av ultrakompakta avkänningschips. Dessa är storleken 100 mikron (för sammanhang, det är storleken på ett hårstrå) med oöverträffad känslighet för att upptäcka patogener.

Det ger enorma fördelar, inklusive snabbare och mer exakt molekylär detektion i blod och saliv. Detta skulle avsevärt förbättra vår förmåga att testa och spåra virus, minska risken för överföring av smittsamma virus i samhället. Och, det kan också spela en viktig roll i förebyggande hälsa genom att revolutionera hur överskottssocker och andra anomalier i blodet upptäcks.

Fjärilsvingar, som inspirerade till genombrottet, består av tusentals lager av små fjäll. När ljus träffar en fjärilsvinge, den färdas genom dessa lager, och varje lager har en koncentrerande effekt.

"Vi bör alltid lära av naturen. I detta arbete, naturinspirerad innovation skapar lösningen på denna utmaning, " säger framstående professor Yuri Kivshar från ANU, som ledde forskningen tillsammans med professor Baohua Jia från Swinburne.

Så, forskarna började arbeta med att designa och tillverka ett nanofotoniskt chip som efterliknade strukturen hos en Bicyclus fjärilsvinge. 3D laser nanoprinting ägde rum i Swinburnes Advanced Manufacturing and Design Centre. Med chippet i handen, de deponerade ett testprov ovanpå och fann att de hade uppnått det omöjliga:de hade upptäckt ett sätt att manipulera rum och tid för att koncentrera ljuset precis som de ville.

Eftersom koncentrerat ljus har förmågan att ta upp färre patogena celler, det betyder att allt kan skalas ner - väntetider, provstorlekar och testmaterial. Med mindre svinn, det är också en hållbarhetsvinst.

"Vi tror att detta genombrott kommer att ge nya möjligheter och möjligheter till hela detta område, "Dr Yao Liang, den första författaren till denna studie, lägger till.

"Vi är glada att vi har gjort det "omöjliga uppdraget" på detta område, " säger Dr Han Lin.

"Vi ser fram emot att utveckla fler applikationer baserade på denna teknik inom en snar framtid, ", tillägger professor Baohua Jia.