比傳統(tǒng)技術(shù)靈敏度高100萬倍的新型生物傳感器
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,美國克利夫蘭凱斯西儲(chǔ)大學(xué)(Case Western Reserve University)物理學(xué)家Guiseppe Strangi領(lǐng)導(dǎo)的一支研究團(tuán)隊(duì),近日開發(fā)出一款比傳統(tǒng)技術(shù)靈敏度高100萬倍的新型生物傳感器。
他們開發(fā)的生物傳感器能夠探測的物質(zhì)濃度并非微米級,甚至也不是納米級,而是飛米級(femto scale),1飛米相當(dāng)于10^(-15)米,其靈敏度比最好的獵犬嗅覺還要高。Strangi稱:“我們的新型生物傳感器幾乎能夠探測單個(gè)分子。”
問題是他們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)的呢?
Guiseppe Strangi教授
Strangi利用了納米金的特異性優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)證明,超薄納米金薄膜中的電子受到一束激光轟擊時(shí),會(huì)以一定頻率的振動(dòng)波形式運(yùn)動(dòng)。Strangi稱這相當(dāng)于是一種物理學(xué)的新分支,這一概念被稱為等離子體光學(xué)(plasmonics)。
超薄納米金薄膜層與氧化鋁層之間形成的三明治結(jié)構(gòu),獲得了更高密度的等離子體場,極大地提高了傳感器的靈敏度
納米金薄膜層表面的振動(dòng)電子形成的等離子體場,能夠“看到”比光波長小很多的物體。Strangi開發(fā)的生物傳感器由16層納米金薄膜層組成,其厚度僅為數(shù)百個(gè)原子那么厚,在氧化鋁層之間形成三明治結(jié)構(gòu),它們組成的這種結(jié)構(gòu)被稱為超常介質(zhì)(metamaterial)。這種結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了密度更高的等離子體場,使得這款生物傳感器獲得了超高的靈敏度。
微觀物理學(xué)
靈敏度超高的新型生物傳感器
博士研究生Mohamed ElKabbash展示了這款其貌不揚(yáng)的芯片,該芯片尺寸為厘米級,頂部有一個(gè)微型的塑料盒。ElKabbash說:“在這塊基板上方,可以看到微流體管道,這款生物傳感器的本質(zhì)就是在一塊玻璃基板上方,覆蓋了一層非常薄的薄膜?!?/span>
“玻璃上方閃耀著黃綠色光芒的物質(zhì)就是神奇的超常介質(zhì)。在兩端有微流體管道的微型塑料盒的幫助下,這款傳感器就可以工作了,”ElKabbash解釋道,“微流體管道將被測物分子通過一段特殊的疏水性介質(zhì)“驅(qū)趕”至傳感器表面。一旦這些被測分子到達(dá)傳感器表面,超常介質(zhì)就會(huì)開始分析工作?!?/span>
等離子體場會(huì)“看到”被測分子,基于從傳感器反射出來的光譜,就可以用相應(yīng)的圖譜來展示分子的尺寸和濃度。
在飛米尺度上感測癌癥
Nima Sharifi博士
美國克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心的癌癥研究人員Nima Sharifi博士列出了一些他感興趣的分子,他希望利用這款超高靈敏度的生物傳感器來進(jìn)行分子篩選。Nima Sharifi博士說:“這款傳感器或許可以用來檢測蛋白質(zhì)、DNA、RNA,或者也可以用來探測循環(huán)腫瘤細(xì)胞?!?Sharifi正和物理學(xué)家Strangi及其團(tuán)隊(duì)展開合作,來進(jìn)一步優(yōu)化這款生物傳感器,將這款生物傳感器應(yīng)用于癌癥的治療。
他說盡管這款生物傳感器可以幫助癌癥的早期檢測,但是,真正需要的是希望它能夠幫助監(jiān)視治療中的癌癥組織的細(xì)微變化。Sharifi稱Strangi開發(fā)的這款生物傳感器還能夠幫助他讀取由癌癥引起的基因突變。Sharifi說:“這類技術(shù)最大的潛在應(yīng)用,是在這些特定病例中探測異常蛋白和正常蛋白的情況。”
這款新型生物傳感器距離真正商業(yè)化還需要幾年的持續(xù)開發(fā),但是凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的物理學(xué)家Guiseppe Strangi稱,他們已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)申請了專利,并且正在努力將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用到臨床實(shí)踐中。
Via:MEMS
標(biāo)簽:   傳感器 微流體 芯片