Fény elektronokból: az MI-alapú szenzor
A Bionanofotonikai Rendszerek Laboratórium kutatói most forradalmian új megközelítést mutattak be az EPFL Műszaki Karán. Egy kvantumjelenség, az úgynevezett anelasztikus elektronátmenet (tunneling) segítségével olyan bioszenzort hoztak létre, amelynek működéséhez csak egyenletes elektronáram és elektromos feszültség szükséges – nincs szükség külső fényforrásra. Amikor az elektron hullámként viselkedik, bizonyos valószínűséggel „áttunnelizál” egy vékony – például alumínium-oxid – szigetelőrétegen, miközben fotont bocsát ki. A csapat nanostruktúrája ezt a jelenséget valószínűbbé teszi, és növeli a fénykibocsátás hatékonyságát.
Pikogramm-érzékenység és kézbe vehető kialakítás
Az innováció alapja, hogy a chipben áramló elektronok áthaladnak egy alumínium-oxid gáttal ellátott nanostruktúrán, majd egy aranyrétegre érkeznek, ahol energiájukat átadják egy közös rezgésnek, a plazmonnak, ami fényt sugároz kifelé. A keletkező fény intenzitása és színképe megváltozik, ha biomolekulákkal találkozik – ez teszi lehetővé a valós idejű, rendkívül érzékeny, címke nélküli érzékelést.
Laboratóriumi tesztek kimutatták, hogy az önvilágító bioszenzor fehérjéket és polimereket már pikogrammnyi (azaz ezermilliárdod gramm) mennyiségben érzékel; ez vetekszik a jelenlegi legfejlettebb bioszenzorok teljesítményével. Az eszköz kulcsa egy úgynevezett „metafelszín” arany nanohálózata, amely nanoantennaként fókuszálja a fényt.
Le az asztalról, be a zsebbe
A rendszer ráadásul kompakt, tömeggyártásra is alkalmas. Kevesebb mint 1 mm² aktív terület elegendő az érzékeléshez, így lehetővé válhat a hordozható, kézben tartható bioszenzor kifejlesztése, ami hatalmas lépést jelent az asztali laboratóriumi műszerekhez képest.
Ez a technológia integráltan egyesíti a fény előállítását és érzékelését egyetlen chipelemen, így új szintre emeli a helyszíni orvosi diagnosztikát vagy akár a környezeti veszélyek kimutatását is – a biotechnológia jövője fényesebben ragyog, mint valaha.
