Ученые МФТИ оптимизируют миниатюрные металинзы для портативных устройств, детектирующих одиночные наночастицы и биомолекулы. Работа направлена на создание переносного устройства на основе металинз для обнаружения флуоресцентных сигналов от отдельных объектов в воде. Устройство станет прототипом портативных биосенсоров нового типа для диагностики заболеваний и анализа окружающей среды.
Металинза — это оптический элемент, который использует для управления светом на наноуровне. В отличие от традиционных линз, которые изготавливаются из стекла или пластика и имеют простую геометрию, металинзы состоят из множества микроэлементов, расположенных на поверхности, которые могут изменять направление и свойства светового потока. Портативный биосенсор одиночных молекул — новая разработка ученых, не имеющая аналогов в мире. Его создание позволит сделать диагностику заболеваний более точной и доступной.
По словам авторов разработки, поверхность металинзы в биосенсоре будет тоньше человеческого волоса.
Фото пресс-службы МФТИ
«Сейчас мы разрабатываем миниатюрную метаповерхность на стеклянных подложках, которая затем будет перенесена на чип. Визуально он будет напоминать привычные электронные схемы. Мы уже создали оптическую установку, способную детектировать одиночные молекулы. Такой подход позволит в будущем быстрее обнаруживать биомаркеры заболеваний в биологических жидкостях на ранних стадиях и при низких концентрациях. Также мы разработали численные модели, которые могут быть использованы для создания интегральных фотонных схем. Это откроет возможность для создания переносных устройств для проведения анализов и диагностики, в том числе непосредственно у пациента дома. Метод диагностики, который мы предлагаем, превосходит традиционное ПЦР-тестирование, которое проходит медленнее и требует многоступенчатой амплификации», — рассказал Александр Барулин, ведущий научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ.
Финальная цель проекта — создать рабочую метаповерхность на чипе и внедрить его в переносной анализатор биологических материалов, который поможет оперативно диагностировать заболевания на месте оказания медицинской помощи. Затем ученые планируют перейти к коммерциализации разработки — поиску инвесторов и планированию масштабирования производства.
В результате исследований авторы проекта планируют убедиться в способности нового устройства обнаруживать флуоресценцию отдельных молекул и наночастиц, а также определить параметры для производства металинз и концентрацию объектов, которые устройство сможет обнаруживать. В будущем его можно будет использовать не только в медицинских условиях, но и в экологических проектах — к примеру, биосенсор сможет обнаруживать и анализировать количество микро- и нанопластика в сточных и океанических водах.
Проект «Создание миниатюрных металинз на чипе для портативных устройств, детектирующих одиночные наночастицы и биомолекулы» реализуется в рамках программы «Мегагрант» на 2024—2025 годы. Номер договора: 075-15-2024-622.
