Ученые из Центра оптических технологий Ганновера разработали автономный датчик на основе оптоволокна, который может быть использован для самых разных молекулярно-биологических исследований, в том числе и для выявления беременности или слежения за уровнем сахара в крови. Показания датчика могут выводиться через приложение на смартфоне, которое предоставит данные в режиме реального времени.
Такая система позволит контролировать состояние различных жидких сред организма, в том числе кровь, мочу, слюну, пот или выдыхаемый воздух. Приложение также сможет, ориентируясь на показания сенсора и GPS-сигнал смартфона, направить пользователя к ближайшей аптеке или поликлинике.
Принцип работы нового датчика основан на оптическом явлении поверхностного плазмонного резонанса. Направленный свет заставляет электроны на поверхности тонкой плёнки сталкиваться друг с другом, в результате чего становится возможным определить точный биохимический состав анализируемой жидкости и наличие в ней конкретных биомолекул.
Поверхностный плазмонный резонанс проявляется, когда фиксированный луч света падает на металлическую плёнку. Большая часть света отражается, но небольшая часть излучения всё же поглощается поверхностными электронами плёнки, заставляя их резонировать. Когда металлическая пленка находится в контакте с жидкостью, показатель преломления жидкости влияет на количество света, которое может быть поглощено электронами.
На плёнку затем наносят элементы, которые вызывают изменение в показателе преломления при связывании с искомыми биомолекулами или следовыми количествами каких-либо детектируемых газообразных веществ. В результате появляется возможность определить состав биологического образца. Такая методика называется SPR-диагностикой.
“Сенсор, в своей работе опирающиеся на принцип поверхностного плазмонного резонанса, могут стать повсеместно распространёнными уже сейчас. На сегодняшний день у нас есть большой потенциал для создания настоящей биохимической лаборатории в смартфоне”, — рассказывает ведущий автор исследования Корт Бремер (Kort Bremer).
SPR-диагностика уже широко используется в современных биодатчиках, но, как правило, для работы таких устройств требуется громоздкое оборудование, в том числе детектор и источник света. К счастью, в смартфонах есть и то, и другое, а значит, они смогут обеспечить работу сеснсора.
Устройство, разработанное немецкими учёными, имеет U-образную форму и компактные размеры: диаметр ядра устройства составляет всего 400 микрометров. Чувствительный элемент устройства покрыт серебряной плёнкой.
Бремер и его коллеги удалили полимерное покрытие с 10-миллиметрового сегмента оптического кабеля, чтобы открыть доступ к 400-микрометровому центральному пространству кабеля из стекловолокна. Сегмент очистили, нанесли на него серебряное покрытие, добавили небольшую борозду для образцов жидкости и скосили концы под углом в 45 градусов. Устройство прикрепили к корпусу смартфона, присоедили к имеющимся светодиоду и камере, снабдив последние диффракционной решёткой, а затем протестировали с помощью набора жидкостей с определённым содержанием нужных веществ.
Как сообщают авторы исследования в своей статье, опубликованной в журнале Optics Express, новая микролаборатория в смартфоне работает не хуже существующих громоздких установок SPR-диагностики, притом что стоит она в разы дешевле.
Добавим, что медики сегодня разрабатывают различные так называемые лаборатории-на-чипе, которые позволят определять по капле крови такие заболевания как ВИЧ и сифилис, а также историю заболеваний человека. Также тестируется возможность создания органов-на-чипе. Они пригодятся для тестирования новых лекарственных препаратов и методик.
