Миниатюрный оптический прибор считает биомолекулы с продвинутым анализом изображения

Обещание персонализированной медицины подразумевает простое устройство, которое держит каждого в курсе их уровня здоровья, идентифицирует даже следовые количества нежелательных биомаркеров в крови или слюне и служит системой раннего предупреждения для болезней.

Было разработано устройство, состоящее из ультратонкого и миниатюрного оптического чипа, который, когда связан со стандартной CMOS-камерой и питанируемый анализом изображения, способен считать биомолекулы по одной в образце и определять их местоположение.

Технология основана на метаповерхностях — листах искусственных материалов, покрытых миллионами наноразмерных элементов, расположенных особым образом. На определенной частоте эти элементы способны сжимать свет в экстремально малые объемы, создавая ультрачувствительные оптические «горячие точки». когда свет светит на метаповерхность и попадает в молекулу в одной из этих горячих точек, молекула детектируется немедленно; фактически, молекула выдает себя, меняя длину волны света, попадающего на неё.

Используя разные цветные огни на метаповерхности и делая снимок каждый раз с CMOS-камерой, исследователи могут считать количество молекул в образце и узнавать точно, что происходит на сенсорном чипе. Умные инструменты науки о данных затем используются для анализа миллионов CMOS-пикселей, полученных через этот процесс, и идентификации трендов. Исследователи продемонстрировали способность детектировать и образовать не только отдельные биомолекулы в горячих точках, но даже единственный графеновый лист толщиной в один атом.

Вторая версия системы была разработана, в которой метаповерхности запрограммированы для резонанса на разных длинах волн в разных регионах. Техника проще, но также менее точна в локализации молекул.