Neuer Typ SERS-Sensor hilft bei der Krebsfrüherkennung

Die Raman-Spektroskopie ist eine Technologie, mit der Sie Krebszellen unter einer großen Anzahl gesunder Bilder identifizieren, gefälschte Bilder von echten unterscheiden und eine große Anzahl anderer Studien durchführen können.

Die weit verbreitete Einführung einer solchen Technologie wird jedoch durch die hohen Kosten für elektronische Komponenten behindert, aus denen solche Systeme hergestellt werden. Dank der neuen Leistung eines integrierten Teams von Spezialisten unter der Leitung von Wissenschaftlern der University of Buffalo kann die Technologie jedoch im Alltag und nicht nur in Laboratorien weit verbreitet eingesetzt werden .

Wissenschaftler haben Miniatur- und kostengünstige SERS-Sensoren entwickelt, die auch in mobilen Geräten verwendet werden können.

Die SERS-Technologie basiert auf der Analyse von Laserstrahlen variabler Wellenlänge, die vom untersuchten Material reflektiert werden. Der Erfolg besteht darin, ein Substratmaterial zu erzeugen, auf das die Proben gelegt werden. Dieses Substrat ist universell und ermöglicht es in gewisser Weise, die "Rückreaktion" der Moleküle der Verbindungen, die mit einem Laser behandelt werden, zu verstärken.


Volumen- und Farbhistogramme der Oberflächenstruktur von Silber-NHC-Chips mit Gewebeproben unter Verwendung eines konfokalen 3D-Laser-Scanning-Mikroskops

Das Wesentliche des Verfahrens ist, dass ein Strahl mit einer bestimmten Wellenlänge durch eine Probe der Testsubstanz geleitet wird, die beim Kontakt mit der Probe streut. Die erhaltenen Strahlen werden in einem einzigen Strahl unter Verwendung einer Linse gesammelt und durch einen Filter geleitet, der schwache (0,001% Intensität) Raman-Strahlen von intensiveren (99,999%) Rayleigh-Strahlen trennt. "Reine" Raman-Strahlen werden verstärkt und an einen Detektor gesendet, der die Frequenz ihrer Schwingungen aufzeichnet.

Die positive Seite der Methode ist, dass Sie ultrakleine Mengen der Substanz verwenden können. Experten sagen, dass Sie sogar mit Proben arbeiten können, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. In diesem Fall verbessert das Substrat das Lichtfeld, was die "unelastische Streuung" verstärkt. Wissenschaftler der University of Buffalo konnten ein universelles Substrat für diese Art von Forschung herstellen, während die übliche Raman-Spektroskopie die Verwendung verschiedener Substrate zur Untersuchung verschiedener Materialien erfordert. Darüber hinaus war es bisher erforderlich, Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen und unterschiedlichen Leistungen zu verwenden.


Die Ergebnisse der Analyse von Geweben verschiedener Arten (einschließlich Krebs)

Das universelle Substrat, das von Experten der University of Buffalo und der Fudan University erstellt wurde, ist ein nanostrukturiertes Breitbandnetzwerk. Dieses Netzwerk kann Lichtstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen (von 450 bis 1100 nm) aufnehmen, die von SERS verwendet wird. Das Substrat besteht aus mehreren Schichten, von denen eine eine Spiegelschicht aus Aluminium oder Silber ist. Ein Dielektrikum ist eine Schicht aus Silizium oder Aluminiumoxid. Das Dielektrikum trennt die "Spiegel" - und Silbernanopartikel.

„All dies wirkt wie ein Hauptschlüssel. Anstatt unterschiedliche Substrate für Lichtstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen zu verwenden, verwenden wir nur ein Substrat. Es ist eine Art Hauptschlüssel, der viele Türen öffnet “, sagt Nan Zhang, ein Team von Wissenschaftlern.

Zang behauptet auch, dass die Verwendung eines solchen Chips in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Industrie möglich ist. „Die Möglichkeit, mit nur einer sehr geringen Menge der Substanz zu arbeiten, kann dazu beitragen, Krebs, Malaria, HIV und andere Probleme zu identifizieren“, kommentiert Nan Zang.

Wie oben erwähnt, kann die neue Entwicklung nicht nur in der Medizin eingesetzt werden. Diese Technologie hilft beispielsweise dabei, das Originalbild von einer Fälschung zu unterscheiden, die Konzentration von Toxinen in Luft oder Wasser zu bestimmen und die Bestandteile einer chemischen Waffe während ihrer Verwendung zu bestimmen.

Jetzt beschäftigen sich Wissenschaftler der Projektgruppe mit verschiedenen Studien auf dem Gebiet der Nanophotonik, Biophotonik, der Untersuchung von Hybridmaterialien und ihren Derivaten, Nichtlinear- und Faseroptik, Metamaterialien, Optofluiden und vielem mehr. Dank der Arbeit von Spezialisten, die verwandte Branchen studierten, wurde es möglich, einen universellen SERS-Chip zu entwickeln.

Source: https://habr.com/ru/post/de381199/