Технология многократного усиления света для высокоточной медицинской диагностики
Ученые международного исследовательского Университета ИТМО в Санкт-Петербурге разработали оптические микрорезонаторы, способные удерживать, многократно усиливать и самостоятельно генерировать свет.
Новая технология может найти применение в создании высокочувствительных медицинских сенсоров, в том числе для выявления молекул-маркеров различных заболеваний в образцах крови. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда и опубликовано в журнале Optics and Laser Technology.
Основой разработки послужили стандартные микрорезонаторы. На их поверхность ученые нанесли люминофоры (светящиеся частицы) двух типов: нанокристаллы из серебра, индия и серы, а также углеродные точки. Затем микросферы покрыли двумя дополнительными слоями – полимером и золотыми наночастицами для усиления эффекта полезного излучения.
Когда на полученный микрорезонатор воздействует даже относительно слабый лазер, люминофоры начинают испускать свет. Часть излучения выходит наружу, превращаясь в бесполезный фоновый сигнал, а другая попадает «в ловушку» внутри микросферы. Благодаря многократным отражениям от стенок свет остается внутри резонатора и, «подхватывая» свечение от других нанокристаллов, усиливается в сотни раз.
Разработчики отмечают, что усиленный сигнал можно легко отличить от хаотичного фона по наличию острых, узких пиков на определенных длинах волн, тогда как фоновый сигнал имеет широкий и размытый спектр. Золотые наночастицы при этом выборочно подавляют нежелательное излучение и делают полезный сигнал более выраженным. Эксперименты подтвердили многократное увеличение яркости света, прошедшего через полость микросферы. Также они установили, что изменение архитектуры наносимых слоев позволяет управлять характеристиками излучения. Это открывает возможности для создания микрорезонаторов с заданными оптическими свойствами под решение различных практических задач.
Вице-губернатор Владимир Княгинин подчеркнул: «Петербург по праву считается одним из главных научных центров страны. Наши ученые создают прорывные разработки, успешно сочетая фундаментальные исследования с решением конкретных прикладных задач. Они находят свое применение в самых разных областях – от медицины до высокотехнологичной промышленности. И специалисты ИТМО вносят весомый вклад в эту масштабную работу, способствуя раскрытию инновационного потенциала нашего города и достижению национальных целей технологического лидерства. Мы и дальше будем поддерживать наши научные коллективы, создавать оптимальные условия для рождения инноваций и их ускоренного внедрения в городскую экономику».
Все компоненты разработанных микросфер нетоксичны. Это позволяет рассматривать возможность их дальнейшего применения для анализа биологических образцов, в том числе клеток и тканей.
Новая разработка продолжает исследования ученых ИТМО в области сверхчувствительной оптической диагностики. Ранее специалисты университета создали материал, который более чем в 10 тысяч раз повышает чувствительность рамановской спектроскопии – метода для анализа состава разных веществ.
Объединение этих подходов в перспективе позволит создать компактную систему формата «лаборатория на чипе», способную одновременно обнаруживать и анализировать даже минимальные концентрации интересующих молекул в сложных средах – крови, водоемах, продуктах нефтепереработки и других.
Руководитель проекта, заведующий лабораторией Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО Кирилл Богданов рассказал: «В будущем мы планируем совместить проведенные ранее исследования и на основе этих результатов создать структуру типа «лаборатория на чипе» с возможностью параллельного детектирования аналита на детекторном и аналитическом каналах. Также мы проанализируем устойчивость гибридных структур в жидких средах, их отклик на сложные мультикомпонентные пробы, определим пределы обнаружения и избирательность на модельных соединениях для различных архитектур микросфер».
Информация Аппарата вице-губернатора Санкт-Петербурга В.Н.Княгинина
Российское информационное агентство «Национальный альянс»
Подписывайтесь на официальный канал Российского сетевого издания «Первый национальный» в Telegram
Партнер – адвокат Р. М. Чалов