Ранее в некоторых оптических сенсорных чипах крошечные наноструктуры улучшали способность датчика обнаруживать молекулы, но в то же время затрудняли направление частиц в нужную область. Команда исследователей во главе с Питером К. Лю создала новое устройство с наноструктурами, чей миниатюрный размер больше не является помехой для поиска молекул.

Усовершенствованный чип использует спектроскопию инфракрасного поглощения с улучшенной поверхностью (SEIRA). Спектроскопия включает в себя изучение взаимодействия света с веществом. Эта технология существует уже более ста лет, но исследователи до сих пор пытаются сделать ее более мощной и универсальной. Датчики работают со светом в средней инфракрасной полосе электромагнитного спектра, который используется, например, в пультах дистанционного управления и очках ночного видения.

Новый чип сконструирован иначе, чем его предшественники, что и позволяет ему гораздо точнее распознавать молекулы. Он состоит из нескольких массивов крошечных прямоугольных полосок золота, которые инженеры окунули в 1-октадекантиол (ODT) — вещество, использующееся в качестве идентификатора. Затем исследователи добавили каплю жидкого металла — в данном случае галлия — в качестве основы датчика. Наконец, они поместили сверху тонкую стеклянную крышку, образовав структуру, похожую на сэндвич. После использования галлий можно удалить с поверхности. Это позволит повторно применять датчик, что может сделать его более экономичным, в отличие от альтернативных устройств.

Принцип работы датчика

Конструкция датчика с этими слоями и полостями создает то, что исследователи называют «нанопатч-антенной». Антенна одновременно направляет молекулы в полости чипа и поглощает достаточное количество инфракрасного света для анализа биологических и химических образцов.

«Даже один слой молекулы в нашем датчике может привести к изменению количества отраженного света на 10%, в то время как обычный датчик вызывает изменение только на 1%», — говорит Лю и добавляет, что команда продолжит совершенствовать датчик с целью использования его для биоаналитического зондирования и приложений медицинской диагностики.