Учеными разработан квантовый метод обнаружения молекул

Миниатюрное устройство размером с чип может раб...

Фото с сайта pxhere.com

Уже разработан миниатюрный прибор, соизмеримый с размерами микрочипа, способный идентифицировать молекулы без применения увеличительной техники.
Оптические биосенсоры, работающие на принципах взаимодействия света и молекул, играют ключевую роль в процессе прецизионной диагностики, персонализированной медицине и наблюдении за состоянием окружающей среды. Уровень эффективности таких сенсоров значительно увеличивается при фокусировке света до масштаба нанометров, что позволяет, например, "различать" отдельные белковые молекулы или аминокислоты. Традиционно это требует сложные и дорогостоящие устройства, что накладывает ограничения на использование сенсоров в быстрой диагностике.
Однако, что если отказаться от внешнего светового источника? Решением стала квантовая механика. Научные сотрудники из лаборатории EPFL разработали биосенсор, в котором свет возникает благодаря квантовому явлению неупругого туннелирования электронов. При приложении напряжения электроны преодолевают тонкий изолирующий слой, высвобождая при этом фотоны.
Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Photonics.
"Представьте себе электрон в виде волны. С определённой вероятностью она имеет способность "просачиваться" через преграды, испуская свет. Мы выработали наноструктуру, усиливающую этот эффект", объясняет участник исследования Михаил Машарин.
Уникальность разработки заключается в двойной роли наноповерхности: она в одно и то же время регулирует туннелирование и трансформирует энергию в плазмоны, которые являются коллективными колебаниями электронов в тонкой золотой плёнке.
Плазмон представляет собой квазичастицу, появляющуюся в результате коллективного колебания электронов в металле, например, в тонкой золотой плёнке. Он позволяет "сжать" свет до наноразмеров, увеличивая его молекулярное взаимодействие.
Это генерирует свет, характеристики которого меняются при контакте с молекулами, что дает возможность определять их в режиме реального времени без использования меток.
"Наш сенсор способен обнаруживать аминокислоты и полимеры в концентрациях до пикограмма, что эквивалентно триллионной доле грамма", говорит руководитель лаборатории Хатис Альтуг.
Важнейшим компонентом является метаповерхность, состоящая из золотых нанонитей, выполняющих функцию "наноантенн", фокусирующих свет в определенных точках.
Данная технология совместима с серийным производством и размещается на чипе площадью менее одного квадратного миллиметра.
"Прежде для этого требовался целый оптический стол. Теперь все объединено в одном чипе: и генерация света, и определение", отмечает исследователь Иван Синев.
Этот метод может произвести переворот в диагностике в условиях, где отсутствуют лаборатории, например, в полевых госпиталях или при проведении тестов на дому. Он позволит оперативно выявлять маркеры заболеваний или ядовитые вещества в воде. Технология отличается компактностью, не требует сложного оборудования и может быть интегрирована в смартфоны представьте себе приложение, которое анализирует каплю крови за несколько секунд.
В настоящее время неясно, как сенсор будет функционировать в реальных условиях, например, при наличии загрязнений в пробах. Кроме того, для массового применения необходимо решить проблему устойчивости золотой метаповерхности при продолжительной работе, сообщает innovanews.

Обратите внимание: В школах отменяют важный предмет с 1 сентября: ученики прыгают до потолка от счастья, учителя в недоумении

Источник: samaraonline24.ru

Читайте в Дзен