22:16 2024-02-07
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Biolasere submonostrat: câștig mai mic, sensibilitate mai mare
_ Biolasere submonostrat: câștig mai mic, sensibilitate mai mare
Proiectarea biosenzorilor sensibili și de unică folosință pentru diagnosticarea precoce rămâne o provocare majoră. Oamenii de știință din China au inventat lasere submonostrat pe fibre optice ca biosenzori ultrasensibili și de unică folosință.
S-a obținut o îmbunătățire de șase ordine de mărime a limitei inferioare de detecție (LOD) în comparație cu laserele monostrat saturate. Ei au demonstrat un imunotest ultrasensibil pentru un biomarker al bolii Parkinson, alfa-sinucleina (α-syn), cu un LOD mai mic de 0,32 pM în ser.
Depistarea precoce a bolilor precum cancerul și demența, înainte de a se manifesta. simptome grave, ireversibile, are o importanță considerabilă pentru sănătatea publică și poate contribui la reducerea morbidității și mortalității. În stadiul incipient al unei boli, estimarea precisă a concentrațiilor extrem de scăzute de biomarkeri este dificilă.
Microcavitățile optice au evoluat ca o platformă puternică pentru amplificarea semnalelor optice cu feedback puternic al cavității în ultimele două decenii și ele au fost utilizate pe scară largă pentru analize biologice. Dependența puternică de procedurile delicate de fabricație și cerințele esențiale de cuplare sunt totuși extrem de nedorite pentru biosenzorii de unică folosință.
Într-o nouă lucrare publicată în Light: Science & Applications, o echipă de oameni de știință, condusă de Profesorul Yuan Gong de la Key Laboratory of Optical Fibre Sensing and Communications (Ministerul Educației din China), Școala de Inginerie a Informației și Comunicațiilor, Universitatea de Știință și Tehnologie Electronică din China, Chengdu, China, și colegii de muncă au dezvoltat biolasere submonostrat pe optice fibre ca biosenzori ultrasensibili și de unică folosință.
Ei au realizat producția de masă a biolaserelor submonostrat la un cost neglijabil utilizând microcavități din fibră optică care erau distribuite pe o lungime extraordinară de 10 km și aveau factori Q ultraînalți de 106. În Contrast izbitor cu microcavitățile pasive, pomparea și detectarea biolaserelor submonostrat pot fi realizate în mod convenabil prin optica în spațiu liber, care elimină dependența de cuplarea critică a ghidurilor de undă și, mai important, permițând dezvoltarea biosenzorilor de unică folosință cu sensibilitate ultraînaltă.
Mai surprinzător, împingând moleculele de câștig până la densitatea de prag, ei au demonstrat că biolaserul submonostrat prezintă o îmbunătățire de șase ordine de mărime a limitei inferioare de detecție (LOD) în comparație cu biolaserul monostrat.
Echipa a demonstrat, de asemenea, că biolaserul lor submonostrat poate fi utilizat în diagnosticul clinic. Ei au folosit biolaserul submonostrat pentru a detecta un biomarker al bolii Parkinson (PD) în ser și au obținut un LOD mai mic de 0,32 pM. Acest rezultat este cu aproximativ trei ordine de mărime mai mic decât concentrația de α-syn din serul pacienților cu boala Parkinson. Metoda propusă oferă un potențial mare în diagnosticarea clinică cu randament ridicat, cu sensibilitate maximă.
Oamenii de știință rezumă mecanismul biolaserului submonostrat, spunând: „Am descoperit că biolaserul submonostrat cu câștig optic ușor peste pragul laserului are sensibilitatea cea mai mare. Acest fenomen poate fi explicat prin contribuția moleculelor de câștig în acțiunea laserului.
„De exemplu, când 10.000 de molecule de câștig participă la lasering, contribuția medie a fiecărei molecule este de 1/10.000. Odată ce reducem moleculele de câștig la 100, contribuția medie a fiecărei molecule va crește la 1/100. Legarea unei molecule de analit pe fibra optică va crește încă un loc de legare pentru o moleculă de câștig. Prin urmare, se poate aștepta o sensibilitate mai mare cu [un] biolaser cu mai puține molecule de câștig.
"Am ales fibra optică comercială ca [o] microcavitate pentru a demonstra această ipoteză. Geometria și proprietățile de suprafață ale fibrei optice au fost bine controlate în timpul procesului de extragere a fibrei. Fibra optică poate fi privită ca microcavități distribuite cu performanță foarte reproductibilă.
„Între timp, prețul fibrei optice este foarte scăzut, ceea ce face posibili senzorii de unică folosință. De exemplu, prețul fibrei optice SMF-28e folosită în experimentul nostru este de aproximativ 0,5 USD pe metru. Laserul submonostrat este fabricat cu un segment de fibră de aproximativ 2 cm lungime, ceea ce corespunde unui cost neglijabil de aproximativ 0,01 USD.
„Biolaserul submonostrat este o platformă generală de detectare, care poate fi folosită pentru a detecta tipuri de biomarkeri. Biosenzorii laser de unică folosință, cu sensibilitate ultra-înaltă, ar putea permite diagnosticarea precoce și rentabilă a bolilor majore.”
Comentarii:
Adauga Comentariu