Moleküler Parmak İzlerini Okuyabilen Yeni Hassas Nanofotonik Sensör
Fotoğraf : Özel olarak tasarlanmış dielektrik rezonatörler, yüzeylerindeki malzemelerin karakteristik moleküler absorpsiyon parmak izini yükseltmekte ve tespit etmektedir. Pikselleştirilmiş bir metayüzey içerisine eklendiğinde, her moleküler analit için ayrı bir barkod oluşturabilirler, bu da geleneksel spektrometriye ihtiyaç duymadan görüntüleme bazlı ve kimyasal olarak spesifik tespiti mümkün kılar.
İsviçre’deki École Polytechnique Fédérale de Lausanne’den bir ekip, moleküler parmak izlerini barkodlara dönüştüren yeni bir nanoteknoloji sensör geliştirdi,ki bunlar daha sonra gelişmiş desen tanıma ve sıralama teknolojisi ile analiz edilip sınıflandırılabilmektedir. Kızılötesi spektroskopisi genellikle organik bileşikleri tespit etmek ve analiz etmek için kullanılsa da, bu çığır açan görüntüleme bazlı yöntem, hantal ve pahalı enstrümanlar ile böyle zor bir teknik ihtiyacını ortadan kaldırır.
Organik moleküllerdeki kimyasal bağlar, her molekülün genellikle orta-kızıl ötesi aralıkta bir dizi özel enerji seviyesine sahip olduğu ve bu nedenle benzersiz bir “imza” üretmek için farklı frekanslarda ışığı soğurduğu, belirli bir yönelime ve titreşime sahiptir. Kızıl ötesi spektroskopi, bir molekülün örnekte var olup olmadığını belirleyerek, numunenin ışık demetlerini molekülün imza frekanslarında soğurulup soğurulmadığını kontrol ederek çalışır. Bununla birlikte, IR spektroskopisi cihaz minyatürünü inhibe eder ve düşük hassasiyetler ile sınırlandırılmasının yanı sıra bazı uygulamalar için zordur.
Science’da açıklandığı gibi [Tittl et al. Science (2018) DOI: 10.1126 / science.aas9768], bu çalışma, metapiksler olarak adlandırılan yüzlerce küçük sensörle kaplı mühendislik yüzeyine sahip oldukça hassas bir sistem geliştirdi. Bir molekül yüzeye dokunduğunda, molekülün ışığı nasıl soğurduğu, dokunduğu tüm metapikslerin davranışını değiştirir. Metapikslerin düzenlemesi, yüzeydeki farklı alanlara farklı titreşim frekanslarının eşleştirileceği şekilde, daha sonra bir moleküler barkod haline dönüştürülebilen bir pikselli ışık absorpsiyonu haritası üretecek şekildedir. Yapay zeka, bir gün, karmaşık örneklerde küçük miktarlardaki bileşikleri hızlı bir şekilde tanımlamak için bir yol sunan, bütün moleküler barkodların bir kütüphanesini sağlayabilir.
“Bu yöntem, karmaşık örneklerde çoklu moleküler türler arasındaki etkileşimleri tespit etmek için heyecan verici yeni yönler açar, özellikle moleküler bileşenlerin absorpsiyon parmak izleri büyük spektral ayırma veya düşük büyüklükte özellikler gösterirse” Hatice Altuğ
Yüzeyde güçlendirilmiş kızılötesi absorpsiyon sensörleri için önceki yaklaşımlar metalik antenler kullanma eğiliminde olsalar da, bunlar bu metallerin içsel kayıplarıyla sınırlıdır. Bunun yerine, dielektrik rezonatörlere dayanan bu nanofotonik sensör tasarımı, analit absorpsiyonu parmak izlerinin görüntüleme bazlı okumasına izin verir. Yazarlardan Hatice Altuğ’un Materials Today’e söylediklerine göre, “Bu yöntem, karmaşık örneklerde çoklu moleküler türler arasındaki etkileşimleri tespit etmek için heyecan verici yeni yönler açar, özellikle moleküler bileşenlerin absorpsiyon parmak izleri büyük spektral ayırma veya düşük büyüklükte özellikler gösterirse.”
Yaklaşım genişbantlı ışık kaynakları ve dedektörler ile çalışabileceğinden, bir kan örneğinde bulunan her bir biyolojik işaretleyici için barkod üreten portatif bir tıbbi test cihazının gerçekleştirilmesi gibi pratik uygulamalar için uygun hale gelecek şekilde minyatürleştirilebilir. Ayrıca, sahada kullanılan su testlerinde pestisitlerin veya malzeme bilimindeki polimer kompozisyonlarının miktarını da tespit edilmesini destekleyebilir.
Kaynak : materialstoday.com
