Miniatyyrinen lasertekniikka voisi tuoda laboratoriotestauksen kotiin

Chalmersin teknillisen yliopiston tutkimusryhmä on kehittänyt uutta laserteknologiaa, joka voisi johtaa pieniin ja kustannustehokkaisiin biosensoreihin.

Tutkimalla, miten erilaiset biomolekyylit ovat vuorovaikutuksessa keskenään – esimerkiksi immuunijärjestelmän vasta-aineet ja vierasaineet – tutkijat voivat saada arvokasta tietoa, joka johtaa uusiin lääkkeisiin ja rokotteisiin tai arvioida, onko näytteessä infektion merkkejä.

Pintaplasmoniresonanssiin perustuvat optiset biosensorit ovat tärkeä työkalu tällaisten vuorovaikutusten tutkimiseen. Anturit suuntaavat valoa kultapinnalle ja mittaavat pieniä muutoksia valon heijastuksessa, kun biomolekyylejä asetetaan pinnalle. 

Chalmersin tutkimusryhmä julkistaa nyt uuden laserteknologian, jonka avulla on mahdollista luoda tällaisia biosensoreita pienoiskoossa. Laserlähde ja tarvittava optiikka on integroitu suoraan puolijohdepiiriin, mikä mahdollistaa huomattavasti kompaktimpien sensoreiden valmistuksen.

Tämä avaa oven optisen tunnistusteknologian siirrettävyydelle ja sovellettavuudelle laboratorioympäristön ulkopuolella.

Jotta biomolekyylien vuorovaikutusta voitaisiin seurata optisella anturilla, tarkan lasersäteen on osuttava kultapintaan erittäin jyrkässä kulmassa. Nykyään käytettävät ratkaisut vaativat kookkaita optisia komponentteja, kuten prismoja, mikä tekee niiden asentamisesta ja kohdistamisesta myös aikaa vievää.

Chalmersin tiimin anturi koostuu senttimetrin sirusta, johon on asennettu satoja mikroskooppisia lasereita. Siruun on integroitu suoraan ohjausoptiikka, joka muodostaa täsmälleen oikean säteen. Tämä mahdollistaa paljon pienemmän ja kevyemmän valonlähteen, mikä puolestaan mahdollistaa kompaktin anturin luomisen, joka mahtuu kämmenelle.

”Integroimalla optiikan laserlähteisiin onnistuneesti suoraan sirulle innovaatiomme avaa paljon ovia ja on tärkeä askel kohti nykyisten biotekniikan instrumenttien pienentämistä ja kannettavien, akkukäyttöisten järjestelmien luomista.

Valmistamamme sirut ovat suunnilleen nastan kokoisia ja sisältävät satoja lasereita, joista jokainen on kooltaan 200x250 mikrometriä. Sekä laserin että optiikan integrointi samaan puolijohdesiruun mahdollistaa myös valonlähteiden kustannustehokkaan laajamittaisen tuotannon tälle teknologialle”, Erik Strandberg sanoo.

Seuraava tavoite on luoda kannettavan anturin prototyypin, jota voidaan käyttää ilman laajaa koulutusta. Lopullisena tavoitteena on, että sairaalat ja klinikat voivat käyttää anturia laboratorion ulkopuolella”, sanoo tutkimuksen vanhempi tutkija Hana Jungová.

Aiheesta aiemmin:

Uusi biosensori valaisee kasvin RNA:ta reaaliajassa

Kvanttifysiikan avulla itsevalaiseva biosensori