Fig.1 Diagramma schematico e fotografia del chip biochimico terahertz (THz) di nuova concezione. Il chip è realizzato in GaAs, un cristallo ottico non lineare, ed è composto da cinque unità di metamateriali e un singolo microcanale sulla superficie. Irradiando con un laser a femtosecondi dalla superficie posteriore del cristallo, viene generata una sorgente di luce puntiforme THz per interagire con la soluzione. Credito:Kazunori Serita
Gli scienziati dell'Istituto di ingegneria laser dell'Università di Osaka hanno creato un prototipo di sistema di spettroscopia ottica terahertz con un'area di rilevamento equivalente all'area della sezione trasversale di soli cinque capelli umani. Misurando lo spostamento della lunghezza d'onda di trasmittanza di picco di una sorgente di radiazioni terahertz, è possibile misurare la concentrazione di contaminanti disciolti anche in tracce in una minuscola goccia d'acqua. Questo lavoro può portare a sensori portatili per applicazioni come la diagnosi precoce di malattie, lo sviluppo di farmaci e il monitoraggio dell'inquinamento idrico.
La tecnologia Lab-on-a-chip è un'entusiasmante area di ricerca. La possibilità di testare i campioni dei pazienti al letto del paziente o di monitorare la qualità dell'acqua sul campo con un dispositivo di monitoraggio portatile è molto interessante. Tuttavia, ottenere una forte sensibilità alla concentrazione degli analiti target di interesse può essere difficile, soprattutto quando i campioni sono costituiti da volumi di liquido molto piccoli.
Ora, un team di ricercatori dell'Università di Osaka ha utilizzato una sorgente di radiazioni terahertz proprietaria in un chip microfluidico contenente una struttura metamateriale per quantificare la quantità di tracce di contaminazione nell'acqua. "Utilizzando questo sistema lab-on-a chip, potremmo rilevare piccoli cambiamenti nella concentrazione di tracce di etanolo, glucosio o minerali nell'acqua misurando lo spostamento nelle frequenze di risonanza", afferma il primo autore Kazunori Serita.
Fig.2 Grafici dello spostamento della frequenza di risonanza in funzione della concentrazione di minerali in 85 picolitri di acqua. Osservando l'entità dello spostamento dalla frequenza di risonanza dell'acqua pura, il soluto può essere rilevato con una sensibilità di 472 attomoli. Credito:Kazunori Serita
L'I-design è costituito da una striscia metallica con uno spazio di dimensioni micrometriche inserita tra altre strisce metalliche. It is periodically arrayed in a row of five units, which formed a kind of "meta-atom," in which peak optical transmittance varied based on the presence of trace contamination by dissolved molecules. This device is an application of the point terahertz source technology previously developed at Osaka University. A tiny source of terahertz light was generated by the irradiation spot of a femtosecond-pulse laser beam that induces a tightly confined electric-field mode at the gap regions. It then modifies the resonance frequency when a microchannel fabricated in the space between the metallic strips is filled with the sample solution.
"We succeeded in detecting just 472 attomoles of solutes in solutions with volumes of less than 100 picoliters, which is an order of magnitude better than existing microfluidic chips," senior author Masayoshi Tonouchi says. This work can lead to significant improvements in portable sensing, both in terms of sensitivity and the amount of liquid required.
The study is published in the Journal of Physics:Photonics . + Esplora ulteriormente
