I ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hanno sviluppato un facile da usare, biosensore sintonizzabile su misura per la gamma terahertz. Le immagini degli organi di topo ottenute utilizzando il nuovo dispositivo verificano che il sensore sia in grado di distinguere tra diversi tessuti. Il risultato amplia le possibilità di applicazioni terahertz nell'analisi biologica e nella diagnostica futura.

La plasmonica è una tecnologia molto ricercata per applicazioni di dispositivi in ​​sicurezza, rilevamento e cure mediche. Implicano lo sfruttamento dell'eccitazione degli elettroni liberi nei metalli che sono chiamati plasmoni di superficie. Una delle applicazioni più promettenti dei materiali plasmonici è lo sviluppo di biosensori ultrasensibili.

La capacità di combinare la plasmonica con le emergenti tecnologie terahertz (THz) per rilevare minuscoli, campioni biologici si è finora dimostrato impegnativo, principalmente perché le onde luminose THz hanno lunghezze d'onda più lunghe di quelle visibili, luce infrarossa e ultravioletta.

Ora, Yukio Kawano e i colleghi del Tokyo Tech's Laboratory for Future Interdisciplinary Research of Science and Technology, lavorando in collaborazione con i ricercatori della Tokyo Medical and Dental University, hanno trovato un modo per superare questa barriera progettando un dispositivo THz basato su plasmonici sintonizzabile in frequenza.

Una delle caratteristiche principali del nuovo dispositivo è il suo design a spirale bull's eye (SBE) (vedi Figura 1). Grazie alle sue scanalature uniformemente variate, "il periodo della scanalatura cambia continuamente con la direzione del diametro, con conseguente caratteristiche continuamente sintonizzabili in frequenza, " dice Kawano nel loro studio pubblicato su Rapporti scientifici .

Un altro vantaggio del nuovo design è che incorpora una cosiddetta apertura a stella Siemens, che consente un modo intuitivo di selezionare la frequenza desiderata semplicemente cambiando la rotazione della struttura plasmonica a spirale.

"Il dispositivo aumenta anche l'intensità del campo elettrico all'apertura della lunghezza d'onda inferiore, amplificando così notevolmente la trasmissione, " dice Kawano.

In esperimenti preliminari per valutare quanto bene il nuovo dispositivo potesse visualizzare i tessuti biologici, i ricercatori hanno ottenuto spettri di trasmissione THz per vari organi di topo, come mostrato nella Figura 2. Per sondare ulteriormente, hanno anche condotto la mappatura THz delle code dei topi. Confrontando le immagini ottenute con e senza il design SBE, lo studio ha mostrato che il primo ha portato a una capacità notevolmente migliorata di distinguere tra diversi tessuti come i capelli, pelle e ossa (vedi Figura 3).