Фотоника для домашней диагностической системы

Специалисты швейцарской EPFL BIOS Laboratory разрабатывают фотонные чипы, которые способны подсчитывать отдельные биомолекулы и определять их местоположение. Их использование поможет выявлять незначительное количество нежелательных биомаркеров в крови или слюне и послужить в качестве системы раннего предупреждения о заболеваниях.

Информация о разработке опубликована в журнале Nature Photonics.

Технология состоит из ультратонкого и миниатюрного оптического чипа, который работает в сочетании со стандартной камерой на базе CMOS и использует специальное программное обеспечение для анализа изображения. Поверхность этого чипа представляет собой мета-поверхность, которая покрыта множеством наноструктур, расположенных в виде отдельных узоров. Когда через устройство пропускается свет, он в отдельных сверхчувствительных оптических точках чипа, если встречает там определенную молекулу, изменяет длину волны. Это изменение длины волны указывает исследователям на идентичность молекулы.

Используя различные цветные лампы для освещения метаповерхностей и фотографируя с помощью камеры, исследователи подсчитывают количество молекул в образце и точно узнают, что происходит на чипе датчика.

Один из авторов этой разработки Филиз Джесилькой говорит:

Затем мы используем интеллектуальные инструменты обработки данных для анализа всех миллионов пикселей CMOS-матрицы, полученных в ходе этого процесса, и определения тенденций. Мы смогли доказать, что можем обнаруживать и визуализировать не только отдельные биомолекулы в "горячих точках", но даже один графеновый слой толщиной всего в один атом.

Поскольку это устройство может обнаруживать очень небольшие количества специфических биомолекул, оно может обеспечить систему раннего оповещения о заболеваниях.

Группа также разработала вторую, более простую, но менее точную версию системы, в которой мета-поверхности запрограммированы на резонанс на разных длинах волн в различных регионах.