Yeni optik teknoloji: kanserin erken teşhisi için biyosensörleri geliştirmeyi vaat ediyor!
Kılavuz
Son zamanlarda, Çin'deki Harbin Teknoloji Enstitüsü liderliğindeki bir bilimsel araştırma ekibi, silikon mikro disklere ışık enjekte etmek için yenilikçi bir yöntem geliştirdi; bu, maliyetleri düşürebilir ve çip tabanlı biyosensörlerin performansını artırabilir ve son olarak erken kanser teşhisi için düşük maliyetli taşınabilir cihazlar sağlayabilir. Optik sensör.
arka fon
İngiltere, Londra'daki St. Paul Katedrali'nin Yankı Galerisi derin bir etki bıraktı. Fısıldayan galeri aracılığıyla, uzaktaki fısıltılar bile net bir şekilde duyulabilir. Aslında fiziksel prensip çok basittir, yani ses dalgaları eğimli ve pürüzsüz duvarlar boyunca yansımaya devam edecek ve yayılma sırasındaki zayıflama çok küçüktür.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Bununla birlikte, "Akustik Yankı Galerisi" nin etkisine benzer şekilde, yazar bir keresinde Pennsylvania Eyalet Üniversitesi tarafından geliştirilen "Optik Eko Galerisi" modu rezonatörünü tanıttı. Bu rezonatör, minik topun çevresi boyunca ışığı milyonlarca kez döndürebilir ve geniş bir kullanım yelpazesine sahip çip tabanlı ultra hassas bir sensör oluşturur.
(Resim kaynağı: referans [2])
Bununla birlikte, mikrodisk aynı zamanda diske giren ışığı yakalamak ve iyileştirmek için "ses galerisi optik etkisini" kullanan bir tür minyatür rezonatördür. Fısıltı galerisinin etkisine benzer şekilde, mikrodiskin yay şeklindeki iç yüzeyi, mikrodisk boyunca ışık dalgalarını taşıyabilir ve böylece ışığı artırabilir. Bu, mikro diskin hücrelerden, proteinlerden ve virüslerden gelen ışık temelli sinyalleri geliştirmesini sağlayarak lupus, fibromiyalji ve spesifik kalp problemleri gibi hastalıklardaki ince değişikliklerin daha hassas bir şekilde algılanmasını sağlayacaktır.
Yenilikçilik
Bakım noktasında kanseri ve diğer hastalıkları tespit etmek için pratik çip tabanlı sensörler gerekir. Çin'deki Harbin Teknoloji Enstitüsü liderliğindeki bir araştırma ekibi, silikon mikro disklere ışık enjekte etmek için yenilikçi bir yöntem geliştirdi; bu, yukarıdaki ihtiyaçları karşılamak için maliyetleri azaltabilir ve çip tabanlı biyosensörlerin performansını artırabilir. Bu ilerleme sonunda erken kanser teşhisi için düşük maliyetli taşınabilir optik sensörlere yol açacaktır.
Ekibin lideri Çin'deki Harbin Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör Qinghai Song, "Fısıltı galeri modu mikro rezonatör tek molekülleri ayrıştırmak için kullanılabilse de, uygulaması cihazın tekrarlanabilirliği ve kararlılığından etkilendi. Performans ve dalga boyu aralığı açısından sınırlamalar. Yeni tasarımımız, düşük maliyetli, yüksek kararlılık ve daha iyi cihaz tekrarlanabilirliği ile çeşitli dalga boylarında çalışabilen mükemmel cihaz performansı getiriyor. "
Optical Society of America'nın yüksek etkili araştırma dergisi Optica'da araştırmacılar, mikrodisk rezonatörüne ışığın girmesi için basit, düşük maliyetli ve verimli bir yol sağlayan yeni son yangın enjeksiyon konfigürasyonunu ayrıntılı olarak açıkladılar. Yol. Gösterdikleri cihaz, sıcaklık değişikliklerini ve nanopartiküllerin varlığını tespit etmek için kullanılabilen mikro diskler ve son yangın enjeksiyonunu kullanıyor.
(Resim kaynağı: Song Qinghai, Harbin Teknoloji Enstitüsü)
teknoloji
Çoğu mikro disk tasarımı, ışığı mikrodisk içerisine dolaylı olarak enjekte etmek için "geçici ışık bağlantısı" adı verilen bir optik fenomeni kullanır. Bununla birlikte, bu yöntem, dalga kılavuzu ile mikro disk arasında çok hassas bir hizalama gerektirir, bu da üretim maliyetlerini artırır ve cihazı stabilite sorunlarına duyarlı hale getirir.
Araştırmacıların son ateş enjeksiyon tekniği, doğrudan mikrodiskin kenarına bağlı bir dalga kılavuzu kullanır. Mikro diskin kenarına tamamen dik olan ışık arayüzde sekecek olsa da, açısı dikeyden biraz daha küçük olan ışığın kullanılması, aynı zamanda "lazer zamanının tersine çevrilmesi" olarak da bilinen karşı sezgisel bir fenomen üretecektir. Lazer yayan ışık, ışığın mikro diske verimli bir şekilde girmesini sağlar.
(Resim kaynağı: Song Qinghai, Harbin Teknoloji Enstitüsü)
Song, "Bu konfigürasyon 500 nanometreden daha küçük bileşen gerektirmediğinden, düşük maliyetli teknoloji ile üretilebilir." Dedi.
Araştırmacılar tasarımlarını test etmek için dalga kılavuzuna bağlı 5 mikron yarıçaplı bir mikrodisk içeren bir cihaz geliştirdiler. Son yangın enjeksiyonunu ölçmek için, bir Y ışın ayırıcıyı birleştirdiler, böylece ışık, ışın ayırıcı aracılığıyla mikrodisk içine enjekte edildi ve ardından aynı dalga kılavuzu boyunca mikrodiskten iletildi. Y bağlantısından alınan spektrum kaydı, ışığın mikrodiske% 57'ye varan bir verimlilikle bağlanabileceğini göstermektedir.
(Resim kaynağı: Song Qinghai, Harbin Teknoloji Enstitüsü)
değer
Araştırmacıların nihai amacı, kanserin erken belirtileri olabilecek hücrelerdeki değişiklikleri tespit etmek için düşük maliyetli taşınabilir sensörler oluşturmak için yeni son yangın enjeksiyon teknolojisini kullanmaktır. Bununla birlikte, yeni optik bağlantı konfigürasyonunun, fotonik iletişim entegre devreleri ve yurt güvenliği veya çevresel algılama için kullanılanlar gibi bir dizi sensör için de kullanılabileceğini belirttiler.
Ayrıca yüksek Q faktörü sergileyen ekipmanı da gösterdiler. Q faktörü, mikro disk yakalama ve ışığı artırmanın etkisini ölçebilir. Ayrıca dalga kılavuzu genişliğini 400 nanometreden 700 nanometreye çıkarmak gibi üretim sapmaları olsa bile, cihaz yine de iyi performans parametrelerini koruyabilir.
Song şunları söyledi: "Gösterdiğimiz son yangın enjeksiyon teknolojisinin performansı geleneksel mikro disklerle karşılaştırılabilir, ancak daha sağlam ve daha düşük bir maliyete sahip. Genel olarak araştırma sonuçlarımız, mikro disklerin şu anda ticari kullanıma hazır olduğunu gösteriyor. "
Araştırmacılar ayrıca, çoklu büyük nanopartiküllerin ve 30 nanometre kadar küçük tek tek nanopartiküllerin varlığını tespit edebilen entegre mikrodisk ve son yangın enjeksiyonuna sahip bir sensör de gösterdiler. Kanseri tespit etmek için yaklaşık 40 nanometreden 100 nanometreye kadar hücre kaynaklı mikro kabarcıklar kullanmakla ilgileniyorlar. Bu araştırma sonuçlarına dayanarak, bu tespit mümkün hale gelecektir.
gelecek
Araştırmacılar, kanserin erken belirtilerini tespit edebilen düşük maliyetli taşınabilir sensörler oluşturmak için son yangın enjeksiyon teknolojisini kullanarak cihazın diğer bileşenlerini incelemek için çok çalışıyorlar.
Anahtar kelime
Sensör, kanser, optik, rezonatör, çip
Referans
[1] https://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2018/innovative_light-delivery_technique_improves_biose/
2 Chenchen Zhang, Alexander Cocking, Eugene Freeman, Zhiwen Liu, Srinivas Tadigadapa. Çip Üzerinde Cam Mikro Küresel Kabuk Fısıldayan Galeri Modu Rezonatörler . Bilimsel Raporlar, 2017; 7 (1) DOI: 10.1038 / s41598-017-14049-w
3 S. Liu, W. Sun, Y. Wang, X. Yu, K. Xu, Y. Huang, S. Xiao, Q. Song, "High-Q Silikon Mikrodisklere Işık Sonu Enjeksiyonu" Optica, Cilt 5, Sayı 5, 612-616 (2018).
DOI: 10.1364 / OPTICA.5.000612
