Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Інженери зі Швейцарської федеральної політехнічної школи в Лозанні створили надзвичайно чутливий біосенсор, що здатен випромінювати світло без використання зовнішнього джерела освітлення. Новинка базується на квантовому тунелюванні електронів, які, проходячи через наноструктуру, самостійно генерують світло. Це світло в реальному часі взаємодіє з молекулами на поверхні сенсора, дозволяючи надточне виявлення навіть мізерних кількостей речовин.
Запатентована платформа об’єднує світлову генерацію та виявлення на одному чипі. Це дозволяє створювати портативні пристрої для діагностики прямо на місці, без потреби у великих лабораторіях чи складному обладнанні. Розробка має потенціал трансформувати галузі медицини, екології та безпеки завдяки компактності, автономності та високій точності.
Як працює світіння на квантовому рівні
Сенсор функціонує за принципом нееластичного тунелювання електронів. Коли на пристрій подається низька електрична напруга, електрони проходять через надтонкий ізолюючий шар оксиду алюмінію до шару золота. Під час цього переходу електрон втрачає частину своєї енергії, утворюючи плазмон, який одразу випромінює фотон.
Цей фотон спрямовується до молекул, які можуть бути на поверхні сенсора. Якщо молекула присутня, вона змінює інтенсивність або спектр випроміненого світла, що й фіксується сенсором. Таким чином, пристрій не лише генерує світло, а й миттєво аналізує взаємодію з біологічними сполуками.
Надчутливість у масштабі трильйонних часток
Система демонструє виняткову чутливість до речовин — на рівні піктограм, тобто однієї трильйонної грама. Це дозволяє виявляти навіть окремі молекули амінокислот, полімерів або біомаркерів без потреби у попередньому маркуванні або складній підготовці зразків.
Дослідники зазначають, що їхня технологія не поступається найсучаснішим лабораторним приладам, але має перевагу у зручності та масштабованості. Завдяки мінімальним розмірам чутливої області чипа (менше квадратного міліметра), його легко інтегрувати в переносні пристрої або сенсорні модулі для персональної діагностики.
Роль метаповерхонь у керуванні світлом
Ключовим елементом пристрою є золота метаповерхня — наноструктурована решітка, яка діє як антенна система на нанорівні. Вона не лише забезпечує умови для квантового тунелювання, а й фокусує світло в критично малому об’ємі, необхідному для взаємодії зі специфічними молекулами.
Це дозволяє досягати вищої ефективності світлової емісії, навіть якщо ймовірність тунелювання невисока. Шляхом оптимізації структури розробники досягли стабільного світіння на великій площі, що підвищує надійність сенсора і дає змогу його масове виробництво.
Інтеграція в практичні технології
Унікальність сенсора також у його універсальності. Пристрій розроблений з урахуванням вимог до виробничих процесів мікроелектроніки, що дозволяє безперешкодну інтеграцію в існуючі технологічні лінії. Це відкриває шлях до створення масштабованих, дешевих і високотехнологічних сенсорів для різних галузей.
Можливості використання охоплюють швидку діагностику в медичних закладах, моніторинг якості повітря або води, а також біобезпеку у складних умовах, де традиційні методи не дають оперативних результатів. За рахунок автономності та мобільності технологія значно розширює потенціал польової аналітики.
Нагадаємо, раніше ми писали про обмежений доступ до інтернету на сільському півдні США.
