گسترش کیت‌های تشخیصی، از دستگاه‌های سنجش قند خون در خانه گرفته تا آزمایش‌های سریع کووید ۱۹، مراقبت‌های پزشکی را تسریع و بهبود می‌بخشد. با این حال، ادامه به‌روز رسانی فناوری حسگری که به رشد این محصولات دامن می‌زند، به طور فزاینده‌ای چالش برانگیز می‌شود. به تازگی محققان رهیافتی برای حل یکی از این چالش‌ها ارائه کرده‌اند.
کیت تشخیصی که مقادیر بسیار کم مولکول‌ها را شناسایی می‌کند
یکی از این چالش‌ها مقدار مولکول قابل شناسایی در حسگر است. برخی از تراشه‌های حسگر نوری، حاوی نانوساختارهایی هستند که تقریباً به کوچکی مولکول‌های زیستی و شیمیایی مورد جستجو هستند. این نانوساختارها توانایی حسگر را در تشخیص مولکول‌ها بهبود می‌بخشد. اما ابعاد کوچک آن‌ها هدایت مولکول‌ها به ناحیه صحیح حسگر را دشوار می‌کند.
پیتر کیو لیو، از محققان این پروژه می‌گوید: «این کار شبیه ساختن یک ماشین مسابقه‌ای جدید است که بسیار قدرتمند است و بنابراین سریع‌تر می‌رود، اما درب آن برای ورود راننده به داخل خودرو بسیار کوچک است.»
پیتر کیو لیو و همکارانش حسگر جدیدی ایجاد کرده‌اند که این مشکل را هدف قرار می‌دهد. این حسگر از طیف‌سنجی جذب مادون قرمز تقویت‌شده سطحی (SEIRA) استفاده می‌کند. این حسگرها، همانطور که از نام آن‌ها پیداست، با نور در باند مادون قرمز میانی طیف الکترومغناطیسی کار می‌کنند. حسگر جدید محققان از چندین آرایه از نوارهای مستطیلی کوچک طلا تشکیل شده است. مهندسان نوارها را در ۱-octadecanethiol، (یک ترکیب شیمیایی با نام اختصاری ODT ) غوطه‌ور کردند که آن‌ها آن را برای شناسایی انتخاب کردند. محققان سپس یک قطره گالیم، به آن اضافه کردند تا به‌عنوان پایه حسگر عمل کند. در نهایت، دانشمندان یک پوشش شیشه‌ای نازک در بالای آن قرار دادند تا ساختاری شبیه ساندویچ را تشکیل دهد.
طراحی این حسگر با لایه‌ها و حفره‌هایش، چیزی را ایجاد می‌کند که محققان آن را «نانو پچ» می‌نامند. این آنتن هم مولکول‌ها را به داخل حفره‌ها هدایت می‌کند و هم نور مادون قرمز کافی را برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های زیستی و شیمیایی جذب می‌کند.
لیو می‌گوید: «حتی یک لایه مولکول در حسگر ما می‌تواند منجر به تغییر ۱۰ درصدی در میزان بازتاب نور شود، در حالی که یک حسگر معمولی ممکن است تنها یک درصد تغییر ایجاد کند. این حسگر با هدف استفاده از آن برای سنجش زیست تحلیلی و کاربردهای تشخیص پزشکی، مانند سنجش نشانگرهای زیستی مرتبط با بیماری‌های خاص طراحی شده است.
پس از اندازه‌گیری ODT، محققان گالیم مایع را از سطح تراشه حسگر با یک سواب خارج کردند. این فرآیند امکان استفاده مجدد از حسگر را فراهم می کند که می‌تواند آن را مقرون به صرفه‌تر از جایگزین‌های مشابه کند. او می‌گوید: «ساختار حسگر ما آن را برای کاربردهای تشخیص طبی که می‌تواند توسط یک پرستار بر روی بیمار یا حتی خارج از بیمارستان در خانه بیمار پیاده‌سازی شود، مناسب می‌کند.»
