Die Nutzung der Photonik für die at-home-Borreliose-Erkennung

In der nicht allzu Fernen Zukunft, jeder von uns kann ein einfaches Gerät-klein genug für unsere Nachttisch oder in der Tasche — das hält uns apprised der Grad unserer Gesundheit ist, erkennt sogar Spuren von unerwünschten Biomarker im Blut oder Speichel, und dient als ein Frühwarnsystem für Krankheiten. Dies ist eine der Verheißungen der personalisierten Medizin.

Diese technologische revolution ist vielleicht ein Schritt näher Dank ein leistungsfähiges Werkzeug, entwickelt von Forschern an der EPFL BioNanoPhotonic-Systeme (BIOS -) Labor. Es besteht aus einer ultra-dünnen und miniaturisierten optischen chip, der, wenn gepaart mit einem standard-CMOS-Kamera und angetrieben durch Bild-Analyse, ist in der Lage, zu zählen, Biomoleküle in einer Probe, und bestimmen Sie Ihren Standort. Ihre Forschung wurde veröffentlicht in „Nature Photonics“.

Ein sehr leistungsfähiges sensor

Diese wegweisende Technologie basiert auf metasurfaces — „rising stars“ in der Photonik. Metasurfaces sind Platten aus künstlichen Materialien abgedeckt, in Millionen von nano-Größe-Elemente, angeordnet in einer besonderen Weise. Bei einer bestimmten Frequenz, und diese Elemente sind in der Lage, squeeze Licht in extrem kleinen Volumina, die Schaffung hochempfindlicher optischer „hotspots“.

Wenn das Licht auf die metasurface, trifft ein Molekül an einem dieser hotspots, die das Molekül wird sofort erkannt. In der Tat, das Molekül gibt sich selbst durch ändern der Wellenlänge des Lichts, das trifft es.

Scan-Moleküle und nehmen Sie Ihr Bild

Durch die Verwendung von verschiedenen farbigen Lichter auf dem metasurface und ein Bild jedes mal mit einem CMOS-Kamera, die Forscher sind in der Lage, die Anzahl der Moleküle in einer Probe und lernen Sie genau das, was auf dem sensor-chip. „Wir haben dann mithilfe der smart-data-science-tools zu analysieren, die Millionen von CMOS-Pixel, die durch diesen Prozess und trends zu identifizieren,“ sagt Filiz Yesilkoy, der Artikel ist der erste Autor. „Wir haben gezeigt, dass wir erkennen können Bild und nicht nur einzelne Biomoleküle an die hotspots, aber auch eine einzelne Graphen-Blatt, das nur ein atom dick.“

Nehmen Ihre Arbeit einen Schritt weiter, entwickelten die Forscher eine zweite version des Systems, wo die metasurfaces sind so programmiert, dass Resonanz bei verschiedenen Wellenlängen in verschiedenen Regionen. „Dieses Verfahren ist einfacher, aber auch weniger präzise bei der Lokalisierung der Moleküle“, sagt Eduardo R. Arvelo, ein Artikel der co-Autoren.

Ein Spiel-wechsler in der Krankheit-Abfragung?

Hatice Altug, wer führt die BIOS-lab und leitet das Projekt, sieht enormes Potenzial im Bereich der Optik. „Licht besitzt viele Attribute, die — wie Intensität, phase und Polarisation — und ist in der Lage Raum durchqueren. Dies bedeutet, dass optische sensoren spielen eine wichtige Rolle bei der Bewältigung der künftigen Herausforderungen-insbesondere in der personalisierten Medizin.“