Fig. 1. Un disegno schematico della misurazione della soluzione utilizzando un chip microfluidico terahertz fabbricato. Il chip è costituito da una sorgente puntiforme di radiazione THz locale, un singolo microcanale e alcuni array di risonatori ad anello diviso. Le onde THz sono generate irradiando un raggio laser dal retro del cristallo e interagiscono efficacemente con la soluzione che scorre all'interno del microcanale. Viene anche mostrata l'immagine al microscopio ottico del chip microfluidico fabbricato. Credito:Università di Osaka
L'uso delle onde terahertz (THz) per il biorilevamento sta attualmente ricevendo una notevole attenzione. Le onde THz sono in grado di rilevare vibrazioni e rotazioni molecolari, senza utilizzare etichette che possano alterare le proprietà delle sostanze di interesse.
Però, fino ad ora, il limite di diffrazione delle onde THz e il loro forte assorbimento da parte dell'acqua hanno vincolato questa tecnica.
I dispositivi microfluidici sono anche sistemi analitici promettenti a causa dei bassi volumi di campione necessari per la misurazione del campione.
Un gruppo di ricercatori dell'Università di Osaka ha ora sviluppato un chip di cristallo ottico non lineare (NLOC), che combina le onde THz con un dispositivo microfluidico, utilizzando la stretta vicinanza della sorgente d'onda THz e la soluzione di interesse in un microcanale. Il loro lavoro è stato pubblicato su APL Photonics.
"Utilizzando la nostra tecnica, siamo stati in grado di rilevare le concentrazioni in soluzione di diverse femtomoli in volumi inferiori a un nanolitro, ", afferma l'autore corrispondente Masayoshi Tonouchi. "Tale rilevamento ad alta sensibilità senza la necessità di etichettare frazioni ha un grande potenziale per future tecniche cliniche a bassa invasività".
La diagnosi precoce e rapida di una serie di malattie comuni dovrebbe essere una delle principali applicazioni della tecnica. Cancro, diabete, e il virus dell'influenza potrebbe essere rilevato solo con volumi molto piccoli di fluido corporeo, riducendo il dolore e il disagio di numerose procedure esplorative per i pazienti. Inoltre, la tecnica consente di analizzare le cellule viventi in modo non distruttivo, che ha numerosi potenziali benefici nella ricerca.
Fig.2. Grafici dello spostamento della frequenza di risonanza rispetto alla concentrazione minerale nella quantità effettiva di 318 picolitri di acqua minerale. Osservando la quantità di spostamento dalla frequenza di risonanza dell'acqua pura, si trova che il soluto può essere rilevato con sensibilità fino a 31,8 femtomoli. Credito:Università di Osaka
Il chip NLOC sviluppato è in grado di generare localmente la radiazione THz in prossimità del singolo dispositivo a microcanale, migliorare l'efficienza. Il chip del sensore è stato utilizzato per analizzare le concentrazioni di minerali confrontando gli spostamenti di frequenza derivanti dalla presenza di ioni con quelli dell'acqua pura. Usando questa tecnica hanno determinato una sensibilità di 31,8 femtomoli.
"Raggiungere un'elevata sensibilità senza la necessità di una sorgente ottica o THz ad alta potenza, sonde o prismi di campo vicino, apre una serie di possibilità, " L'autore principale Kazunori Serita afferma. "Siamo molto entusiasti del potenziale dei nostri risultati di portare a un rilevamento rapido ea un design compatto del dispositivo. In particolare, vediamo i nostri risultati accelerare lo sviluppo di dispositivi lab-on-a-chip THz."
Questa tecnologia altamente adattabile rischia di espandersi in molte aree dell'analisi e della biochimica, così come la biologia cellulare, e medicina clinica.
