Ett forskarlag har konstruerat en "bredbands nanogap guldspektroskopisk sensor" med ett flexibelt material som kan böjas för att skapa ett kontrollerat gap. Med den utvecklade tekniken är det möjligt att snabbt testa olika typer av material, inklusive infektionsvirus, med endast en enda nanospektroskopisk sensor för att hitta molekylära fingeravtryck. Forskningsresultaten har publicerats i Nano Letters .

Uppkomsten av pandemiepidemier som COVID-19 har betonat nödvändigheten av snabba och exakta analysmetoder för att förbereda sig för potentiella framtida virusutbrott. Ramanspektroskopi, med hjälp av guld nanostrukturer, ger information om materials inre struktur och kemiska egenskaper genom att analysera de distinkta vibrationerna hos molekyler som kallas "molekylära fingeravtryck", med hjälp av ljus med anmärkningsvärd känslighet. Därför kan det spela en avgörande roll för att bestämma positiviteten hos ett virus.

Konventionella högkänsliga Raman-spektroskopisensorer upptäcker dock endast en typ av virus med en enda enhet, vilket innebär begränsningar vad gäller produktivitet, detektionshastighet och kostnad när man överväger kliniska tillämpningar.

Forskargruppen, bestående av professor Kyoung-Duck Park och Taeyoung Moon och Huitae Joo, Ph.D. kandidater, från Institutionen för fysik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH), tillverkade framgångsrikt en endimensionell struktur i millimeterskala, med guldnanogaps som rymmer endast en enda molekyl med en tät passform. Detta framsteg möjliggör Raman-spektroskopisk avkänning med stor yta och hög känslighet. Dessutom integrerade de effektivt flexibla material på substratet av den guld nanogap spektroskopiska sensorn.

Teamet utvecklade också en källteknologi för en bredbandsaktiv nanospektral sensor, som möjliggör skräddarsydd detektering av specifika ämnen med en enda enhet, genom att bredda nanogapet till storleken på ett virus och fritt justera dess bredd för att passa storleken och typen av material , inklusive virus.

Dessutom förbättrade de sensorns känslighet och kontrollerbarhet genom att kombinera adaptiv optikteknik som används inom områden som rymdoptik, som James Webb-teleskopet. Dessutom etablerade de en konceptuell modell för att utöka den tillverkade endimensionella strukturen till en tvådimensionell spektroskopisk sensor, vilket teoretiskt bekräftar förmågan att förstärka Raman-spektroskopiska signaler med upp till flera miljarder gånger. Med andra ord blir det möjligt att bekräfta positiviteten hos virus i realtid inom några sekunder, en process som tidigare tog dagar för verifiering.

Forskningsgruppens prestationer, som för närvarande väntar på patentgodkännande, förväntas användas för snabb respons genom högkänsliga realtidstester i händelse av oväntade infektionssjukdomar som COVID-19, för att förhindra urskillningslös spridning.

Taeyoung Moon, huvudförfattare till uppsatsen, sa:"Detta främjar inte bara grundläggande vetenskaplig forskning för att identifiera unika egenskaper hos material från molekyler till virus utan underlättar också praktiska tillämpningar, vilket möjliggör snabb upptäckt av ett brett spektrum av nya virus med hjälp av ett enda, skräddarsytt sensor."

Mer information: Taeyoung Moon et al, Adaptive Gap-Tunable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.4c00289

Journalinformation: Nanobokstäver

Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology