گروهی از محققان دانشگاه نورث وسترن دریافته‌اند که می‌توان حساسیت زیست‌حسگرهای مبتنی بر بلورهای پلاسمونیک را با تنظیم زاویه نوری که سطح پلاسمون‌ها را در بلورها تحریک می‌کند، بهبود داد.
طراحی حسگرهای زیستی جدید با بلورهای پلاسمونیک
گروهی از محققان دانشگاه نورث وسترن دریافته‌اند که می‌توان حساسیت زیست‌حسگرهای مبتنی بر بلورهای پلاسمونیک را با تنظیم زاویه نوری که سطح پلاسمون‌ها را در بلورها تحریک می‌کند، بهبود داد.
می‌توان حساسیت زیست‌حسگرهای مبتنی بر بلورهای پلاسمونیک را با تنظیم پارامتری که کمتر مطالعه شده است، بهبود داد: زاویه نوری که سطح پلاسمون‌ها را در بلورها تحریک می‌کند. این گفته پژوهشگرانی از دانشگاه نورث وسترن در ایلینویز است که با استفاده از بلورهای پلاسمونیک، حسگرهای مبتنی بر شبکه بسیار حساسی برای شناسایی پروتئین‌ها ساخته‌اند. از چنین ابزاری می‌توان در مطالعات زیست‌محیطی و کاربردهای زیست‌پزشکی همچون غربال داروها بهره برد.
به‌دلیل تناوبی بودن ساختار شبکه در بلورهای پلاسمونیک، تنها طول موج‌های خاصی می‌توانند از سطح آن منعکس شده و یا از آن عبور کنند. پلاسمونیک شاخه جدیدی از فتونیک است که از پلاریتون‌های پلاسمون سطحی که از برهمکنش نور با الکترون‌های ارتعاش‌کننده در سطح فلز نشأت می‌گیرند، بهره می‌برد.
زیست‌حسگری مبتنی بر رزونانس‌های پلاسمون سطحی یک روش بدون برچسب برای شناسایی بلادرنگ مولکول‌های شیمیایی و زیستی است. این امر به لطف وجود روش‌های پیشرفته طیف‌سنجی امکان‌پذیر شده است. کارهایی که تاکنون در این زمینه انجام شده‌اند بیشتر روی کاهش هزینه‌های نانوساخت و افزایش حساسیت تشخیص متمرکز بوده‌اند تا از این طریق عملکرد زیست‌حسگرها بهبود یابد. تری اُدوم رئیس این گروه تحقیقاتی می‌گوید: «کار ما در هر دوی این زمینه‌ها پیشرفت ایجاد می‌کند».
محققان دانشگاه نورث‌وسترن با استفاده از لیتوگرافی تداخلی نرم (SIL) یک روش نانوساخت ارزان و قابل اجرا در سطح وسیع توسعه داده‌اند که می‌توان با استفاده از آن بلورهای پلاسمونیک دوبعدی تولید کرد که قابلیت به‌دام انداختن نور را در سطح خود دارا هستند. می‌توان از این مواد در ساخت بسترهای زیست‌حسگری یک‌بارمصرفی بهره برد که در آنها امکان بهینه‌سازی اندازه‌گیری‌های پروتئینی از طریق تغییر زاویه نوری که پلاسمون‌های سطحی را تحریک می‌کند، وجود دارد.
با استفاده از این روش ساخت، امکان تولید بلورهای پلاسمونیک در مقیاس سانتی‌متر مربع به وجود می‌آید. این پژوهشگران ابتدا با استفاده از لیتوگرافی تداخلی نرم و سپس بهره‌گیری از روش PEEL (روشی که پس از انجام لیتوگرافی برای انتقال الگوهای ماده مقاوم نوری به سطح مواد کارکردی استفاده می‌شود) یک بستر سیلیکونی مادر به شکل مربع ساختند که متشکل از آرایه‌های دوبعدی از حفره‌های نانوهرمی بود. سپس با استفاده از قالب‌گیری، صدها نمونه مشابه از این الگوها را در ماده ارزانی مثل پلی‌اتیلن ایجاد کردند. سپس روی بسترهای الگودهی شده، طلا رسوب داده شده و آن را با استفاده از لیگاندهای مختلف عامل‌دار کردند.
تابش نور با یک زاویه خاص روی شبکه ایجاد شده منجر به کاهش باریکی در رزونانس طیف انعکاسی ماده می‌شود. با اتصال پروتئین‌ها به گیرنده‌های خاص روی بستر، رزونانس پلاسمون به سمت طول موج‌های بلندتر جابه‌جا می‌شود. بهینه‌سازی طول موج و پهنای رزونانس تنها با تنظیم زاویه نور تابیده شده امکان‌پذیر بوده و هیچ تغییر دیگری روی بستر پلاسمونیک نیاز نیست.
جزئیات این کار در Nano Letters منتشر شده است.
