Ці сенсори поєднують лазери та оптику на чипі розміром у сантиметр, що дозволить перенести тестування з лікарень до будинків пацієнтів. Це, своєю чергою, звільнить лікарняні ліжка та скоротить кількість відвідувань клінік.
Дослідження групи, під назвою «Плоский плазмонний біосенсор з інтегрованим на чипі лазером на основі метарешітки», опубліковано в журналі ACS Sensors.
Вивчаючи взаємодію різних біомолекул один з одним – наприклад, антитіл в імунній системі та ксенобіотичних антигенів – дослідники можуть отримати цінні дані, що призведуть до створення нових ліків та вакцин, або оцінити наявність ознак інфекції у зразку.
Оптичні біосенсори, що базуються на методі поверхневого плазмонного резонансу, є важливим інструментом для вивчення подібних взаємодій. Сенсори спрямовують світло на золоту поверхню та вимірюють дрібні зміни у відображенні світла при розміщенні біомолекул на поверхні.
Лазерне джерело та необхідна оптика інтегровані безпосередньо в напівпровідниковий чип, що дозволяє створювати значно компактніші датчики. Це відкриває можливості портативності оптичних сенсорних технологій та їх застосування за межами лабораторних умов.
"За допомогою цієї технології ми хочемо створити прилад, який дозволить медичним працівникам брати певні зразки вдома у пацієнта. Наприклад, нині ми оцінюємо, наскільки добре наш датчик може виконувати тест на С-реактивний білок (СРБ)", — каже Ерік Страндберг, аспірант у галузі фотоніки в Чалмерсі та провідний автор статті.
"Оскільки ця технологія дуже універсальна і може виявляти широкий спектр біомолекулярних взаємодій, ми бачимо безліч потенційних застосувань для різних тестів. Це може дозволити виписувати пацієнтів із лікарні раніше після операції – тим самим звільняючи лікарняні ліжка – та скорочувати кількість візитів до лікаря для взяття зразків".
Все рішення упаковане на крихітному чипі
Для моніторингу взаємодії біомолекул за допомогою оптичного датчика необхідно, щоб точний лазерний промінь падав на золоту поверхню під дуже крутим кутом. Сучасні рішення вимагають громіздких оптичних компонентів, таких як призми, що також робить їхню установку та юстування трудомісткими.
Датчик, розроблений командою з Чалмерса, є чипом розміром один сантиметр, оснащений сотнями мікроскопічних лазерів, де оптика для формування точно потрібного променя інтегрована безпосередньо в чип. Це дозволяє створити набагато менше і легше джерело світла, що дає можливість розробити компактний датчик, настільки маленький, що він вміститься на долоні.
"Завдяки успішній інтеграції оптики з лазерними джерелами прямо на чипі, наше нововведення відкриває безліч можливостей і є ключовим кроком на шляху до зменшення розмірів наявних біотехнологічних приладів та створення портативних систем з живленням від батарей", - говорить Страндберг.
"Чипи, що виробляються нами, розміром приблизно з канцелярську кнопку і містять сотні лазерів, кожен з яких має розміри 200 x 250 мікрометрів — у кілька разів товщі за волосся. Інтеграція лазера та оптики в один напівпровідниковий чип також дозволяє економічно ефективно виробляти джерела світла для цієї технології у великих масштабах".
Ціль – впровадження в медичні установи
На наступному етапі дослідники планують вдосконалити технологію, підвищивши чутливість датчика, а також збільшивши кількість зразків, які можна аналізувати одночасно.
"Поки що нам не вдалося використати всі лазери на наших чипах для аналізу зразків, але ця область відкриває великі можливості для подальшого розвитку. Якщо нам це вдасться, ми вважаємо, що зрештою датчик дозволить аналізувати значно більше зразків одночасно, ніж це дозволяють теперішні технології. Але спершу ми плануємо створити прототип портативного датчика, який можна використовувати без тривалого навчання. Кінцева мета – дати можливість лікарням та клінікам використовувати датчик поза лабораторією", – каже Хана Юнгова, старший науковий співробітник дослідження.
