Новые технологические ловушки и идентифицируют органические и неорганические молекулы при сверхнизких концентрациях

Новая технология улавливания и химического анализа неорганических и органических молекул при концентрациях следов была разработана международной группой физиков из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), Технологического университета Swinburne (Австралия), и Российской академии наук. Статья была опубликована в журнале Nanoscale выпущенном под патронажем Королевского химического общества.

Это изображение, объясняющее, как работает платформа концентратора. (Image credit: команда научного образовательного центра «Нанотехнологии», FEFU)

Последние результаты могут привести к более продуктивным решениям в области химии, биохимии, медицины и микробиологии, обеспечив быструю идентификацию маркеров рака, токсичных и вредных веществ и метаболитов патогенов в сверхнизких концентрациях.

Исследователи разработали эксклюзивную платформу концентратора с использованием тефлона в качестве субстрата. Эта платформа позволяет в миллион раз увеличить концентрацию обнаруженных молекул. Инновационная технология сокращает время, необходимое для современных биохимических анализов с нескольких дней до нескольких часов.

Ключевым элементом концентратора является микро- и наноструктурированная супергидрофильная (притягивающая вода) ловушка, окруженная супергидрофобной (водоотталкивающей) зоной. В нашем концентраторе обычная жидкая капля играет роль контейнера для контролируемого переноса молекул-мишеней в супергидрофильную ловушку . Этот транспорт становится возможным благодаря регулированию размера и положения капли в процессе испарения, что достигается путем подгонки и оптимизации смачивающих свойств подложки .

Алексей Жижченко, научный сотрудник, Научно-образовательный центр нанотехнологий, Инженерная школа ФЕУ.

. Около 97% молекул-мишеней впоследствии локализованы на крошечной ловушке (которая имеет размер толщины человеческого волоса), а концентрация этих молекул увеличивается более миллиона раз по сравнению с ее первоначальной величиной, что приводит к значительному улучшение оптического отклика захваченных молекул. Интегрируя эту особенность с высокочувствительными химическими свойствами обнаружения ловушки, исследователи успешно обнаружили и идентифицировали целевые вещества, даже если их было всего несколько сотен молекул в капле. Кроме того, дальнейшее улучшение конструкции концентратора может помочь в обнаружении одиночных молекул.

Для разработки платформы концентратора прямая лазерная запись выполняется на тефлоновых подложках с использованием ультракоротких импульсов. Поскольку эта процедура не требует жесткой лазерной фокусировки, ее можно завершить всего за 2 минуты. Технология является относительно дешевой и универсальной и может быть применена для создания платформ биосенсора следующего поколения для чрезвычайно чувствительного и точного химического анализа.

Это достижение команды Исследовательского и образовательного центра нанотехнологий (школа инженерии, ДВФУ) стало возможным благодаря проекту «Материалы », который в настоящее время реализуется в ДВФУ. Нам удалось собрать активную международную команду ученых мирового уровня, многим из которых до 30 лет.

Кирилл Голохваст, проректор по научной работе, ДВФУ.

В рамках международной рабочей группы исследователей одна и та же группа ученых из FEFU разработала технологию в начале этого года для обнаружения веществ с концентрацией следов через платформу из черного кремниевого субстрата. Специфическая морфология черного кремния позволяет усилить сигнал комбинационного рассеяния – свет, рассеянный исследуемыми молекулами, – и он не искажает спектроскопические результаты благодаря своей неинвазивности. Это означает, что он не реагирует с целевым веществом.

Source link