SERS-датчик нового типа поможет в раннем обнаружении рака

Рамановская спектроскопия — технология, которая позволяет определять раковые клетки среди большого количества здоровых, отличать поддельные картины от настоящих и проводить большое количество других исследований.

Тем не менее, повсеместному внедрению такой технологии мешает дороговизна электронных компонентов, из которых создаются подобные системы. Тем не менее, технология, возможно, все же получит широкое распространение в быту, а не только в лабораториях, благодаря новому достижению объединенной команды специалистов, возглавляемой учеными из университета Буффало.

Ученые создали миниатюрные и недорогие SERS-датчики, которые можно использовать, в том числе, в мобильных устройствах.

SERS-технология основана на анализе отраженных от изучаемого материала лучей лазера с переменной длиной волны. Достижение заключается в создании материала подложки, на который помещаются пробы. Эта подложка универсальна, и позволяет определенным образом усилить «обратную реакцию» молекул соединений, которые обрабатывают лазером.

Объемные и цветные гистограммы структуры поверхности серебряных NHC-чипов с образцами тканей, при использовании 3D лазерного сканирующего конфокального микроскопа

Суть метода заключается в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определенной длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Полученные лучи с помощью линзы собираются в один пучок и пропускаются через светофильтр, отделяющий слабые (0,001 % интенсивности) рамановские лучи от более интенсивных (99,999 %) рэлеевских. «Чистые» рамановские лучи усиливаются и направляются на детектор, который фиксирует частоту их колебания.

Положительная сторона метода — можно использовать сверхмалые количества вещества. Специалисты утверждают, что работать можно даже с образцами, которые не видны невооруженным глазом. Подложка при этом улучшает световое поле, что способствует усилению «неупругого рассеяния». Ученые из университета Буффало смогли создать универсальную подложку для проведения такого рода исследований, в то время, как обычное проведение Рамановской спектроскопии требует использования различных подложек для изучения различных материалов. Кроме того, ранее требовалось использовать и лазеры с разной длиной волны и различной мощностью.

Результаты анализа тканей различного типа (в том числе, и раковых образований)

Универсальная подложка, созданная специалистами из университета Буффало и Фуданьского университета, представляет собой наноструктурную широкополосную сеть. Эта сеть может улавливать световое излучение с различной длиной волны (от 450 до 1100 нм), которое и используется SERS. Подложка состоит из нескольких слоев, одним из которых является зеркальный слой из алюминия или серебра. Диэлектриком служит слой кремния или окиси алюминия. Диэлектрик разделяет «зеркало» и наночастицы серебра.

«Все это действует, как отмычка. Вместо того, чтобы использовать различные подложки для светового излучения с различными длинами волн, мы используем только одну подложку. Это вроде отмычки, которая открывает множество дверей», — говорит представитель команды ученых Нэн Занг (Nan Zhang).

Также Занг утверждает, что применение подобного чипа возможно в различных областях науки и промышленности. «Возможность работы даже с очень малым количеством вещества может помочь в определении рака, малярии, ВИЧ и других работах», — комментирует Нэн Занг.

Как и говорилось выше, новую разработку можно использовать не только в медицине. К примеру, эта технология поможет отличить подлинник картины от подделки, определить концентрацию токсинов в воздухе или воде, определить составляющие компоненты химического оружия при его использования.

Сейчас ученые из группы проекта занимаются различными исследованиями в области нанофотоники, биофотоники, изучением гибридных материалов и их производных, нелинейной и волоконной оптикой, метаматериалами, оптофлюидами и многим другим. Благодаря работе специалистов, изучающих смежные отрасли, и стало возможным создание универсального SERS-чипа.