Ултратънкият сензор помага за измерване на различни биомаркери за извършване на химически анализ върху тялото

Изследователите създадоха специален ултратънък сензор, извит от злато, който може да бъде прикрепен директно към кожата без дразнене или дискомфорт. Сензорът може да измерва различни биомаркери или вещества за извършване на химичен анализ върху тялото.

Работи с помощта на техника, наречена Раманова спектроскопия, при която лазерната светлина, насочена към сензора, се променя леко в зависимост от това какви химикали присъстват върху кожата в този момент. Сензорът може да бъде фино настроен, за да бъде изключително чувствителен и е достатъчно здрав за практическа употреба.

Технологията за носене не е нищо ново. Може би вие или някой, когото познавате, носите смарт часовник. Много от тях могат да наблюдават определени здравословни проблеми като сърдечната честота, но в момента не могат да измерват химически сигнатури, които биха могли да бъдат полезни за медицинска диагноза.

Умните часовници или по-специализираните медицински монитори също са сравнително обемисти и често доста скъпи. Подтикнат от такива пропуски, екип от изследователи от катедрата по химия в Токийския университет потърси нов начин да усети различни здравни състояния и въпроси на околната среда по неинвазивен и рентабилен начин.

Преди няколко години попаднах на завладяващ метод за производство на здрави разтегливи електронни компоненти от друга изследователска група в Университета в Токио. Тези устройства са изпредени от ултрафини нишки, покрити със злато, така че могат да бъдат прикрепени към кожата без проблем, тъй като златото не реагира и не дразни кожата по никакъв начин. Като сензори обаче те бяха ограничени до откриване на движение и ние търсихме нещо, което може да усети химически сигнатури, биомаркери и лекарства. Затова надградихме тази идея и създадохме неинвазивен сензор, който надхвърли очакванията ни и ни вдъхнови да проучим начини да подобрим неговата функционалност още повече.”

Лимей Лиу, гостуващ учен и преподавател в университета Янджоу

Основният компонент на сензора е фината златна мрежа, тъй като златото е нереактивно, което означава, че когато влезе в контакт с вещество, екипът желае да измери – например потенциален биомаркер на заболяването, присъстващ в потта – то не променя химически това вещество .

Но вместо това, тъй като златната мрежа е толкова фина, тя може да осигури изненадващо голяма повърхност за свързване на този биомаркер и тук идват другите компоненти на сензора. Тъй като лазер с ниска мощност е насочен към златната мрежа, част от лазерната светлина се абсорбира, а друга се отразява. От отразената светлина повечето има същата енергия като входящата светлина.

Въпреки това, част от входящата светлина губи енергия за биомаркера или друго измеримо вещество и несъответствието в енергията между отразената и падащата светлина е уникално за въпросното вещество. Сензор, наречен спектрометър, може да използва този уникален енергиен пръстов отпечатък, за да идентифицира веществото. Този метод за химическа идентификация е известен като Раманова спектроскопия.

„В момента нашите сензори трябва да бъдат фино настроени, за да откриват специфични вещества и ние искаме да прокараме чувствителността и специфичността още повече в бъдеще“, каза доцент Tinghui Xiao. “С това смятаме, че приложения като мониторинг на глюкозата, идеални за страдащи от диабет, или дори откриване на вируси, биха могли да бъдат възможни.”

„Също така има потенциал сензорът да работи с други методи за химичен анализ, освен с Раманова спектроскопия, като електрохимичен анализ, но всички тези идеи изискват много повече изследвания“, каза професор Кейсуке Года. „Във всеки случай се надявам, че това изследване може да доведе до ново поколение евтини биосензори, които могат да революционизират здравния мониторинг и да намалят финансовата тежест на здравеопазването.

Източник:

Референтен журнал:

Лиу, Л., et al. (2022) Силно мащабируема, носеща повърхностно подобрена Раманова спектроскопия. Усъвършенствани оптични материали. doi.org/10.1002/adom.202200054

.