Tim istraživača sa Instituta za optoelektronske sisteme i mikrotehnologiju na Universidad Politecnica de Madrid (UPM) dizajnirao je biosenzor sposoban da identifikuje proteine i peptide u količinama niskim kao jedan monosloj. Za to, površinski akustični talas (SAV), vrsta električno kontrolisanog nano zemljotresa na čipu, generiše se sa integrisanim pretvaračem koji deluje na gomilu 2D materijala obloženih biomolekulima koji se detektuju.
Kako izvještavaju u časopisu Biosensors and Bioelectronics u članku pod naslovom „Grafen plazmonski senzor vođen površinskim akustičnim talasima za otiske prstiju ultratankih bioslojeva do granice jednoslojnog“, SAV bi talasao površinu grafenske grupe u takvoj način na koji ograničava srednju infracrvenu svetlost na veoma male zapremine, poboljšavajući interakcije svetlosti i materije na nanoskali.
Konkretno, kvazičestice koje su delom svetlost (fotoni) i delom materija (elektroni i vibracije rešetke), koje se nazivaju površinski plazmon-fonon polaritoni, formiraju se na talasastom naslaganju koji se snažno igra sa molekulima na vrhu.
Organski molekuli apsorbuju određene talasne dužine svetlosti u srednjem infracrvenom opsegu koje su karakteristične za njihov hemijski sastav i strukturu. Stoga, ovaj skup apsorpcionih rezonancija, nazvan njihov vibracioni otisak prsta, omogućava identifikaciju organskog jedinjenja.
„Jačanjem interakcije između svetlosti i biomolekula deponovanih na vrhu senzora, mogli bismo da identifikujemo analite koji zahtevaju manje količine, dostižući nivoe kao jedan monosloj“, kaže Raul Izkujerdo, prvi autor ove studije.
Prema Horheu Pedrosu, vodeći naučnik studije, „Jedna prednost ovog mehanizma je da se SAV aktivno kontrolišu preko napona visoke frekvencije, omogućavajući lako prebacivanje između ON konfiguracije, pri kojoj je interakcija povećana, i OFF konfiguracije, bez ikakvog poboljšanja signala. Ova merna šema povećava rezoluciju senzora.“
„Pored dizajna senzora i proračuna njegovih performansi, mi takođe pružamo matematičku metodu za izvlačenje očigledno skrivenih kvantitativnih informacija, dodatno povećavajući osetljivost senzora“, kaže Izkuierdo.
Za to su molekuli analita i površinski plazmon-fonon polaritoni modelovani kao oscilatori koji međusobno deluju, dok su oba pokretana spoljnom silom (svetlost koja pada na senzor). Uprkos svojoj jednostavnosti, pokazalo se da ovaj model lepo reprodukuje rezultate iz proračuna.
Da zaključimo, Pedros kaže: „Uvereni smo da će ova studija doprineti razvoju novih laboratorijskih uređaja na čipu, kombinujući sposobnost hemijskog otiska prsta ovog novog biosenzora koji pokreće SAV sa drugim akustičnim funkcijama kao što je senzor mase zasnovan na SAV. ili strujanje i mešanje kapljica u mikrofluidnim kolima.“
