Biosenzorii integrați în smartphone-uri, ceasuri inteligente și alte gadgeturi sunt pe cale să devină realitate. Cercetătorii de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova descriu o modalitate de a crește sensibilitatea detectoarelor biologice până la punctul în care pot fi utilizați în dispozitive mobile și purtabile.

A biosenzor este un dispozitiv electrochimic care determină compoziția fluidelor biologice în timp real. Sânge glucoză contoare utilizate de pacienții cu diabet zaharat ar putea fi singurul dispozitiv de biosensibilizare pe piață în masă utilizat în prezent. Dar futurologii spun că aparatele electrocasnice vor putea în curând să analizeze transpirația, saliva, umorul apos și alte fluide corporale pentru a identifica o persoană, a face teste medicale, diagnostica sau monitorizați continuu starea de sănătate a unei persoane și faceți sugestii optime de dietă în consecință.

creștere

Până de curând, astfel de aplicații nu erau luate în considerare în mod serios, deoarece dispozitivele disponibile nu erau suficient de sensibile și erau prohibitiv de costisitoare pentru piața de consum. Cu toate acestea, este posibil ca o descoperire să fie pe cale să se întâmple. O echipă de cercetători de la Centrul MIPT pentru Fotonică și Materiale 2D a propus un design cu biosenzori radical nou, care ar putea crește sensibilitatea detectorului de multe ori și ar oferi o reducere similară a prețului. „Un biosenzor convențional încorporează un rezonator inelar și un ghid de undă poziționat în același plan”, a explicat studentul MIPT Kirill Voronin de la Laboratorul de Nanooptică și Plasmonică, care a venit cu ideea utilizată în studiu. „Am decis să separăm cele două elemente și să le punem în două planuri diferite, cu inelul deasupra ghidului de undă.”

Publicitate
Publicitate

Motivul pentru care cercetătorii nu au testat anterior aspectul senzorului este că fabricarea unui dispozitiv plat, cu un singur nivel, este mai ușoară în laborator. Depunând un film subțire și gravându-l, se produc atât un rezonator inelar, cât și un ghid de undă în același timp. Designul alternativ pe două niveluri este mai puțin convenabil pentru fabricarea dispozitivelor experimentale unice, dar sa dovedit mai ieftin pentru senzorii producători de masă. Motivul pentru aceasta este că procesele tehnologice la o fabrică electronică sunt orientate spre plasarea componentelor active strat cu strat.

Mai important, noul design biosenzor pe două niveluri a dus la o sensibilitate de multe ori mai mare. Un biosenzor funcționează înregistrând ușor modificări ale indicelui de refracție la suprafața sa, care sunt cauzate de adsorbția moleculelor organice. Aceste variații sunt detectate printr-un rezonator ale cărui condiții de rezonanță depind de indicele de refracție al mediului extern. Deoarece chiar și cele mai mici fluctuații ale indicelui de refracție provoacă o schimbare semnificativă de vârf rezonantă, un biosenzor răspunde la aproape fiecare moleculă care aterizează pe suprafața sa. „Am poziționat ghidul de undă de bandă sub rezonator, în dielectricul în vrac”, a declarat co-autorul hârtiei, Aleksey Arsenin, cercetător de frunte la Laboratorul de Nanooptică și Plasmonică al MIPT. „Rezonatorul, la rândul său, se află la interfața dintre substratul dielectric și mediul extern. Optimizând indicii de refracție ai celor două medii înconjurătoare, obținem o sensibilitate semnificativ mai mare. ”

Proiectarea noului biosenzor propusă are atât sursa cât și detectorul de lumină din dielectric. Singura parte care rămâne în exterior este elementul sensibil. Adică, inelul de aur de câteva zeci de micrometri în diametru și o mie dintr-o grosime (fig. 1).

Potrivit lui Voronin, metoda echipei de a face biosenzorii mai receptivi va duce tehnologia la un nivel calitativ nou. "Noul aspect este destinat să facă biosenzorii mult mai ușor de fabricat și, prin urmare, mai ieftin", a spus fizicianul. „Litografia optică este singura tehnică necesară pentru a produce detectoare pe baza principiului nostru. Nu sunt implicate părți în mișcare și va fi suficient un laser reglabil care funcționează într-un domeniu de frecvență restrâns. ”