My Little Sensor Lab presso l'Università dell'Arizona sviluppa sensori ottici ultrasensibili per la diagnostica medica, prognosi medica, monitoraggio ambientale e ricerca scientifica di base. La nostra tecnologia dei sensori identifica le sostanze illuminando i campioni e misurando l'indice di rifrazione, o quanta luce viene rallentata quando passa attraverso un materiale, che è diverso da una sostanza all'altra, diciamo, acqua e una molecola di DNA.

La nostra tecnologia ci consente di rilevare concentrazioni estremamente basse di molecole fino a una su un milione di trilioni di molecole, e può dare risultati in meno di 30 secondi.

ordinariamente, l'indice di rifrazione è troppo sottile per essere rilevato in una singola molecola, ma usando una tecnologia che abbiamo sviluppato, possiamo far passare la luce attraverso un campione migliaia di volte, che amplifica il cambiamento. Questo rende il nostro sensore tra i più sensibili esistenti.

Il dispositivo include un piccolo anello che la luce corre intorno:240, 000 volte in 40 nanosecondi, o miliardesimi di secondo. Un campione liquido circonda il sensore. Parte della luce si estende al di fuori dell'anello, dove interagisce con il campione migliaia di volte.

A differenza di altri metodi di rilevamento molto sensibili, il nostro è senza etichetta, il che significa che non dobbiamo aggiungere etichette radioattive o etichette fluorescenti per identificare ciò che stiamo cercando di rilevare. Ciò significa che non dobbiamo elaborare tanto i nostri campioni.

Poiché il nostro sensore è così sensibile, abbiamo bisogno solo di piccole quantità di una sostanza, utile sia per ridurre i costi sia nei casi in cui i reagenti sono difficili da ottenere.

Alcune malattie, come il cancro, può progredire silenziosamente, evitando il rilevamento fino a quando non è troppo tardi. Un sensore ultrasensibile potrebbe rilevare una malattia prima che compaiano i sintomi, lasciare che gli operatori sanitari trattino la malattia in anticipo, quando è ancora curabile. Il sensore potrebbe essere utilizzato anche in un test del respiro COVID-19.

Avere un sensore rapido e sensibile può anche consentire il monitoraggio della progressione della malattia e quantificare l'effetto dei diversi trattamenti. Il nostro laboratorio, Per esempio, attualmente lavora sulla rilevazione di basse concentrazioni di biomolecole che indicano il morbo di Alzheimer o il cancro nel sangue, campioni di urina e saliva.

Molti altri approcci richiedono di "taggare" in modo fluorescente la cosa che stai cercando di rilevare o di amplificare il DNA usando una reazione a catena della polimerasi (PCR). Ad esempio, l'attuale test COVID-19 richiede di scegliere tra un test rapido dell'antigene, che non è così preciso, o un test PCR, che è accurato ma costoso e richiede tempo.

Le aree attive di ricerca in questo campo includono anche modi per migliorare la consegna del campione al sensore, che può migliorare il tempo di risposta e ridurre la quantità di sostanza bersaglio necessaria per il rilevamento. I ricercatori stanno anche lavorando su metodi per migliorare la selettività dei sensori, il che significa che il sensore può distinguere meglio la sostanza bersaglio da altre sostanze. Questo riduce i falsi positivi.

Questo mese, il nostro laboratorio ha ricevuto una sovvenzione di 1,8 milioni di dollari dal National Institutes of Health per migliorare il sensore. Il prossimo passo dopo aver dimostrato che i nostri dispositivi funzionano in un ambiente di ricerca sarebbe passare alle sperimentazioni cliniche.

Inoltre, miglioriamo continuamente il nostro sensore per renderlo più sensibile e più selettivo. Stiamo anche lavorando sull'utilizzo del sensore per realizzare un portatile, dispositivo medico diagnostico point-of-care che potrebbe essere utilizzato per l'assistenza domiciliare o somministrato a un EMT in un'ambulanza o a un soldato sul campo di battaglia.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.