Grafiskt abstrakt. Kredit:DOI:10.1002/adma.202107950
Utbredningen av point-of-care-tester, från blodsockermätare hemma till covid-19-snabbtester, accelererar och förbättrar medicinsk vård.
Att fortsätta att uppgradera avkänningstekniken som driver tillväxten av dessa produkter blir dock allt mer utmanande.
Vissa optiska avkänningschips, till exempel, innehåller nanostrukturer som är nästan lika små som de biologiska och kemiska molekylerna de letar efter. Dessa nanostrukturer förbättrar sensorns förmåga att upptäcka molekyler. Men deras ringa dimensioner gör det svårt att styra molekylerna till rätt område av sensorn.
"Det är ungefär som att bygga en ny racerbil som är mer strömlinjeformad och därför går snabbare, men dess dörr är för liten för att föraren ska kunna gå in i bilen", säger Peter Q. Liu, Ph.D., biträdande professor i el. ingenjör vid universitetet vid Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.
Liu — tillsammans med Xianglong Miao, en Ph.D. kandidat i sitt labb, och Ting Shan Luk, Ph.D., vid Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories – har skapat en ny sensor som tar sikte på detta problem.
Beskrivs i en studie publicerad i Advanced Materials i januari använder sensorn ytförstärkt infraröd absorption (SEIRA) spektroskopi.
Spektroskopi innebär att studera hur ljus interagerar med materia. Även om infraröd absorptionsspektroskopi har funnits i mer än 100 år, försöker forskare fortfarande göra tekniken mer kraftfull, prisvärd och mångsidig.
Som namnet antyder arbetar dessa sensorer med ljus i det mellaninfraröda bandet av det elektromagnetiska spektrumet, som används av fjärrkontroller, mörkerseende och andra produkter.
Den nya sensorn består av flera arrayer av små rektangulära remsor av guld. Ingenjörer doppade remsorna i 1-oktadekantiol, som är en kemisk förening (ofta förkortad ODT) som de valde att identifiera.
Forskare lade sedan till en droppe flytande metall - i det här fallet gallium - för att fungera som sensorns bas. Till sist placerade de ett tunt glasskydd ovanpå för att bilda en smörgåsliknande struktur.
Utformningen av sensorn, med dess lager och hålrum, skapar vad forskare kallar en "nanopatch-antenn". Antennen leder både molekyler in i hålrummen och absorberar tillräckligt med infrarött ljus för att analysera biologiska och kemiska prover.
"Till och med ett enda lager av molekyler i vår sensor kan leda till en 10% förändring i mängden ljus som reflekteras, medan en typisk sensor bara kan ge en 1% förändring", säger Liu, som tillägger att teamet kommer att fortsätta att förfina sensor med målet att använda den för bioanalytisk avkänning och medicinska diagnostiska tillämpningar, såsom avkänning av biomarkörer kopplade till vissa sjukdomar.
Efter att ha mätt ODT tog forskarna bort det flytande galliumet från sensorchipets yta med en svabb. Denna process gör att sensorn kan återanvändas, vilket kan göra den mer kostnadseffektiv än liknande alternativ.
"Strukturen av vår sensor gör den lämplig för point-of-care-applikationer som kan implementeras av en sjuksköterska på en patient, eller till och med utanför sjukhuset i en patients hem", säger han. + Utforska vidare
