Устройство объединяет оптику и анализ изображений для подсчета биомолекул

Перспективы персонализированной медицины включают в себя простое устройство, которое информирует каждого человека об уровне его здоровья, выявляет даже следовые количества нежелательных биомаркеров в крови или слюне и служит системой раннего предупреждения о заболеваниях.

Было разработано устройство, состоящее из ультратонкого и миниатюрного оптического чипа, который в сочетании со стандартной камерой CMOS и питанием от анализа изображений способен подсчитывать биомолекулы одну за другой в образце и определять их местоположение.

В основе технологии лежат метаповерхности — листы искусственного материала, покрытые миллионами наноразмерных элементов, расположенных особым образом. На определенной частоте эти элементы способны сжимать свет в чрезвычайно малые объемы, создавая сверхчувствительные оптические «горячие точки». Когда свет падает на метаповерхность и попадает на молекулу в одной из этих горячих точек, молекула немедленно обнаруживается; на самом деле молекула выдает себя, изменяя длину волны падающего на нее света.

Используя различные цветные огни на метаповерхности и каждый раз делая снимок с помощью CMOS-камеры, исследователи могут подсчитать количество молекул в образце и точно узнать, что происходит на сенсорном чипе. Затем интеллектуальные инструменты обработки данных используются для анализа миллионов пикселей CMOS, полученных с помощью этого процесса, и определения тенденций. Исследователи продемонстрировали способность обнаруживать и отображать не только отдельные биомолекулы в горячих точках, но даже отдельные листы графена толщиной всего в один атом.

Была разработана вторая версия системы, в которой метаповерхности запрограммированы на резонирование на разных длинах волн в разных регионах. Этот метод проще, но менее точен в обнаружении молекул.