La capacità di rilevare piccole quantità di molecole è importante per il rilevamento chimico e per la diagnostica biologica e medica. In particolare, alcune delle applicazioni più impegnative e avanzate coinvolgono composti rari per i quali possono essere presenti solo poche molecole alla volta. I dispositivi più promettenti per ottenere un rilevamento ad altissima precisione sono i sensori su scala nanometrica, dove le molecole sono poste in piccoli spazi tra piccole lastre d'oro. Ma questo metodo è efficace solo se le molecole sono posizionate accuratamente all'interno degli spazi vuoti. Ora, Jinghua Teng dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering, Singapore, e colleghi della National University of Singapore hanno sviluppato un sensore in cui le molecole vengono guidate in modo efficiente e posizionate in posizione.

Le risonanze elettroniche che si verificano nelle nanostrutture d'oro sono come antenne molto potenti, in grado di amplificare la radiazione di piccole molecole nelle loro vicinanze. Ciò consente anche la rilevazione di singole molecole. Affinché il segnale venga captato dalle antenne, però, le molecole devono essere localizzate con precisione all'interno di "punti caldi" elettromagnetici (vedi immagine). "Abbiamo affrontato questa sfida e sviluppato un metodo per legare selettivamente le molecole ai punti caldi elettromagnetici nella struttura della nanoantenna per ottenere il massimo effetto, " spiega Teng.

I ricercatori avevano bisogno di preparare la superficie del dispositivo in modo tale che le molecole si legano solo alle aree desiderate tra le lastre d'oro, non su di esse. Ci sono riusciti depositando un sottile film di titanio tra le lastre d'oro. Il titanio si ossida all'aria, formazione di biossido di titanio stabile, che è isolante e ha proprietà molto diverse dalle lastre d'oro. I ricercatori hanno quindi coperto la superficie con varie soluzioni organiche che impediscono selettivamente alle proteine ​​e ad altre molecole di legarsi all'oro mentre attirano le molecole di interesse sul cuscinetto di titanio. Nelle prove iniziali, i segnali delle molecole attaccate al titanio nel punto caldo hanno mostrato una sensibilità sei volte superiore rispetto a quelli attaccati casualmente attraverso il dispositivo.

Il prossimo passo sarà aumentare la sensibilità del sensore al limite ultimo, spiega Teng. "Le persone hanno sognato e lavorato per il rilevamento di singole molecole. Questo lavoro fa parte di questi sforzi. Fornisce un modo per legare selettivamente le biomolecole ai punti caldi e dimostra che può migliorare la sensibilità molecolare e ridurre la quantità di campione richiesta ." Saranno tuttavia necessari ulteriori miglioramenti nella progettazione del dispositivo, aggiunge Teng. "Andando avanti, vorremmo spingere ulteriormente la sensibilità ottimizzando la struttura e provare il rilevamento multi-agente in un unico chip."