Ученые из Южной Кореи разработали оптический биосенсор, который позволяет обнаруживать биомолекулы с помощью камеры без громоздкого и дорогого спектрометра. В основе устройства лежит специальная метаповерхность, преобразующая изменения оптического сигнала в смещение, которое можно увидеть на изображении.
Обычные оптические биосенсоры определяют молекулы по небольшим изменениям света, возникающим при их связывании с поверхностью сенсора. Для точных измерений обычно требуется спектрометр и источник широкополосного света, что увеличивает размеры и стоимость системы.
Ученые решили эту проблему другим способом. Они создали метаповерхность с постепенно меняющейся геометрией наноструктур. Разные участки такой поверхности реагируют на разные длины волн света.
При освещении сенсора компактным лазером на изображении появляется темная линия. Ее положение зависит от оптического резонанса метаповерхности. Когда на поверхности связываются биомолекулы, они немного меняют показатель преломления окружающей среды. Из-за этого резонанс смещается, а вместе с ним перемещается и темная линия.
Камера фиксирует это перемещение, позволяя определить изменение оптического сигнала без непосредственного измерения спектра. Таким образом, устройство превращает очень небольшое изменение длины волны в заметное пространственное смещение на изображении.
Сам сенсор занимает область около 300 микрометров и продемонстрировал спектральное разрешение примерно 0,1 нм. В экспериментах исследователи смогли обнаруживать белки и ДНК в концентрациях до сотен пикмолей, а также распознавать определенные последовательности ДНК.
Для работы системы нужны только компактный лазер с одной длиной волны и камера. По замыслу разработчиков, такой подход может помочь уменьшить размеры оптических диагностических устройств и сделать их пригодными для использования непосредственно в местах оказания медицинской помощи.
Читайте также:
В Сеченовском Университете создали «Цифровой атлас»
В ННГУ соединили нейросети и квантовые технологии для МРТ-диагностики
Медицина на ладони: пять российских сервисов для контроля здоровья