Nowy czujnik w kształcie oczu znajduje się wcześnie raka

Nowy fotoniczny projekt bioczujnika kryształów z wnęką w kształcie oczu wykazał wysoką czułość i stabilność w wykrywaniu komórek rakowych.Osiąga wrażliwość do 243 nm na jednostkę współczynnika załamania światła (RIU), wysoki czynnik Q około 87 070 i liczbę zasług (FOM) 11 800RIU⁻¹.Wartości te są wyższe niż wiele wcześniejszych projektów.Czujnik pozostaje również stabilny przy małych błędach wytwarzania i zmianach temperatury, co czyni go praktycznym do użytku w świecie rzeczywistym.

Photonic Crystal BioSensors działają poprzez kontrolowanie i uwięzienie światła w bardzo małych skalach.Używają powtarzających się wzorów materiałów dielektrycznych, takich jak krzemion do tworzenia fotonicznych pasm - regiony blokujące pewne długości fali świetlnych.To pozwala im wykryć zmiany w ich środowisku z dużą precyzją.Kiedy światło przechodzi przez różne rodzaje komórek biologicznych, współczynnik załamania światła nieznacznie zmienia się.Na przykład komórki rakowe przesuwają długość fali rezonansowej światła w wykrywalny sposób, co stanowi podstawę tej metody wykrywania.

Większość istniejących wzorów bioczujników wykorzystuje okrągłe lub sześciokątne wnęki do uwięzienia światła.Jednak to badanie proponuje stosowanie wnęki w kształcie oczu, która jest rzadziej badana.Kształt oczu pomaga uwięzić światło, co prowadzi do wyższej czułości i lepiej zdefiniowanego piku rezonansowego.Ta ostrzejsza odpowiedź optyczna ułatwia wykrywanie małych zmian biologicznych, takich jak te spowodowane przez komórki rakowe.

Struktura czujnika oparta jest na dwuwymiarowej siatce prętów krzemowych zawieszonych w powietrzu.Każdy pręt ma szerokość 0,1 µm, a pręty są rozmieszczone w odległości 540 nm.Dwa proste falowody pozwalają światłowi wejść i wychodzić z urządzenia.Wnęka w kształcie oczu, umieszczona między tymi falowcami, trzyma testowany materiał.Naukowcy wykorzystali narzędzia symulacyjne w oparciu o metodę elementu skończonego do dostosowania kształtu wnęki i pozycji prętów, poprawia, jak gwałtownie i przewidywalnie przesunięcia długości fali rezonansowej podczas wykrywania.

Aby zmierzyć wydajność, zespół ocenił trzy kluczowe wskaźniki: czułość, współczynnik Q i liczba zasług (FOM).Wrażliwość odnosi się do tego, ile przesunięcia długości fali rezonansowej na jednostkę zmiany współczynnika załamania światła.Factor Q pokazuje, jak ostry i wyraźny jest szczyt rezonansu.FOM łączy obie wartości, aby reprezentować ogólną skuteczność czujnika.

Symulacje wykazały doskonałe wyniki.Długość fali rezonansowej czujnika przesunęła się wyraźnie i przewidywalnie w miarę zmiany współczynnika załamania światła, umożliwiając mierzenie niewielkich różnic we właściwościach komórek.Nawet gdy projekt był nieco niedokładny - na 2 nm w jamie lub ± 20 nm w odstępach od pręta - czujnik nadal działał dobrze.Pozostał również stabilny w zakresie temperatur od 25 ° C do 75 ° C, co oznacza, że wahania ciepła lub materiału miały niewielki wpływ na wydajność.

Ten nowy projekt z powodzeniem łączy niekonwencjonalny kształt wnęki z wysoką dokładnością wykrywania i odpornością fizyczną.Nie wymaga żadnych dodatkowych etykiet lub barwników fluorescencyjnych do wykrywania komórek rakowych, co upraszcza proces.Dzięki jego tolerancji dla małych błędów i zmian środowiskowych ma silny potencjał stosowania w diagnostyce medycznej, szczególnie do wczesnego wykrywania raka.