Uusi silmämuotoinen anturi löytää syövän aikaisin

Uusi fotoninen kristallbiosensorisuunnittelu silmän muotoisella ontelolla on osoittanut suurta herkkyyttä ja stabiilisuutta syöpäsolujen havaitsemisessa.Se saavuttaa enintään 243 nm: n herkkyyden taitekerroinyksikköä (RIU), korkea Q-tekijä noin 87 070 ja ansioiden (FOM) luku 11 800RIU⁻¹.Nämä arvot ovat korkeammat kuin monet aikaisemmat mallit.Anturi pysyy myös vakaana pienissä valmistusvirheissä ja lämpötilan muutoksissa, mikä tekee siitä käytännöllisen reaalimaailman käytön kannalta.

Fotoniset kristallbiosensorit toimivat ohjaamalla ja tarttumalla valoa hyvin pienissä asteikoissa.He käyttävät dielektristen materiaalien, kuten piin, toistuvia kuvioita fotonisten kaistalevyjen muodostamiseksi - alueet, jotka estävät tietyt valon aallonpituudet.Tämä antaa heille mahdollisuuden havaita ympäristön muutokset erittäin tarkasti.Kun valo kulkee erityyppisten biologisten solujen läpi, taitekerroin muuttuu hieman.Esimerkiksi syöpäsolut muuttavat valon resonanssiaallonpituutta havaittavissa olevalla tavalla, joka muodostaa tämän anturimenetelmän perustan.

Useimmat olemassa olevat biosensorisuunnittelut käyttävät pyöreitä tai kuusikulmaisia onteloita valon ansaitsemiseen.Tämä tutkimus ehdottaa kuitenkin silmänmuotoisen ontelon käyttöä, jota tutkitaan harvemmin.Silmien muoto auttaa tarttumaan valoon tiukemmin, mikä johtaa suurempaan herkkyyteen ja paremmin määriteltyyn resonanssipiikkiin.Tämä terävämpi optinen vaste helpottaa pienten biologisten muutosten, kuten syöpäsolujen aiheuttamia.

Anturirakenne perustuu ilmaan suspendoituneeseen piidiotangon kaksiulotteiseen ruudukkoon.Jokainen sauva on leveä 0,1 um ja sauvat ovat etäisyydellä 540 nm: n päässä toisistaan.Kaksi suoraa aaltojohtoa sallivat valon päästä ja poistua laitteesta.Näiden aaltoputkien väliin asetettu silmän muotoinen onkalo pitää testattavan materiaalin.Tutkijat käyttivät äärellisen elementtimenetelmään perustuen simulointityökaluja ontelon muodon ja sauvan sijaintien säätämiseksi parantaen kuinka terävästi ja ennustettavasti resonanssien aallonpituussiirrot havaitsemisen aikana.

Suorituskyvyn mittaamiseksi ryhmä arvioi kolme avainindikaattoria: herkkyys, Q-tekijä ja ansioiden luku (FOM).Herkkyys viittaa siihen, kuinka paljon resonanssien aallonpituus siirtyy yksikkömuutosta taitekerroksessa.Q-tekijä osoittaa, kuinka terävä ja selkeä resonanssipiikki on.FOM yhdistää molemmat arvot edustamaan anturin kokonaistehokkuutta.

Simulaatiot osoittivat erinomaisia tuloksia.Anturin resonanssiaallonpituus muuttui selvästi ja ennustettavasti taitekerroksen muuttuessa, mikä mahdollistaa pienten solujen ominaisuuksien mitattavan erot.Jopa silloin, kun suunnittelu oli hieman epätarkkoa - ± 2 nm ontelossa tai ± 20 nm sauvan etäisyydessä - anturi toimi edelleen hyvin.Se pysyi myös vakaana lämpötila -alueella välillä 25 ° C - 75 ° C, mikä tarkoittaa, että lämmöllä tai materiaalien vaihteluilla oli vähän vaikutusta suorituskykyyn.

Tämä uusi malli yhdistää onnistuneesti epätavanomaisen ontelon muodon, jolla on suuri havaitsemisen tarkkuus ja fyysinen kestävyys.Se ei vaadi ylimääräisiä fluoresoivia etiketejä tai väriaineita syöpäsolujen havaitsemiseksi, mikä yksinkertaistaa prosessia.Pienten virheiden ja ympäristömuutosten suvaitsevaisuuden ansiosta sillä on voimakasta mahdollisuutta käyttää lääketieteellisessä diagnostiikassa, etenkin syövän varhaisessa havaitsemisessa.