Российские ученые разработали высокочувствительный биосенсор на основе фотонных микросхем, способный обнаружить минимальные концентрации исследуемого вещества в жидкостях и газах. Устройство будет востребовано для ранней индивидуальной диагностики в медицине, а также точного экологического мониторинга окружающей среды. Статья опубликована в журнале Optics Letters.
Персональная медицина предполагает индивидуальный подход с возможностью наблюдения за состоянием пациента «на месте» при посещении врача. Для решения подобной задачи необходимо наличие компактных, недорогих, высокочувствительных приборов, которые способны анализировать биожидкости и газы в режиме реального времени без сложной обработки данных.
Ученые из НИТУ «МИСиС», Московского педагогического государственного университета и Сколковского института науки и технологий разработали прототип, который может стать в дальнейшем основой для создания комплексной «лаборатории на чипе». Он представляет собой миниатюрный биосенсор, функциональным элементом которого выступает комбинация высокочувствительных фотонных микросхем с микрофлюидными каналами.
«Обнаружение веществ в исследуемом растворе или газе при сверхмалых концентрациях требует решения нескольких задач: разработка чувствительных элементов на чипе и их интеграция с компонентами прокачки исследуемого раствора. Для решения первой задачи могут быть использованы чувствительные фотонные интегральные схемы на нитрид-кремниевой платформе с нагревательными элементами. В свою очередь, благодаря высокой адгезии и вариативности изготовления, микрофлюидные каналы из полимера (полиметилдисилоксана) отлично подходят для решения второй задачи. Поэтому наша работа была направлена на разработку и исследование универсального микрофлюидно-нанофотонного сенсора на основе нитрида кремния для обнаружения сверхнизких концентраций вещества в растворах и газах», — рассказывает соавтор исследования Вадим Ковалюк.
Поверх чувствительной — фотонно-микросхемной — части датчика прокачивается исследуемый раствор или газ, что меняет конфигурацию датчика для распространения в нем оптического излучения. Спектральная характеристика датчика зависит от исследуемого вещества, и по ее изменению можно определить как состав, так и концентрацию материала. Такая комбинация позволила создать компактный высокочувствительный сенсор, который может определять даже низкие концентрации вещества в жидкостях и газах. При этом на одном устройстве можно провести множество тестов.
По словам разработчиков, устройство может стать перспективной платформой для биомедицинской диагностики и мониторинга окружающей среды. На его основе в дальнейшем можно будет создать компактные высокочувствительные устройства для проведения на одном чипе «тысячи» тестов, чтобы определить потенциальные заболевания или утечки токсинов при ультрамалых объемах исследуемого образца.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
