Создан тонкий носимый датчик из золота, работающий на принципе рамановской спектроскопии

Исследователи из Токийского университета создали специальный ультратонкий сенсор из золота, который можно прикрепить непосредственно к коже без раздражения или дискомфорта. Датчик может измерять различные биомаркеры. Он работает с использованием метода, называемого рамановской спектроскопией, при котором свет лазера, направленный на датчик, слегка изменяется в зависимости от того, какие химические вещества присутствуют на коже в этот момент. Датчик можно точно настроить, чтобы он был чрезвычайно чувствительным и достаточно надежным для практического использования. Новая работа опубликована в Advanced Optical Materials. 

В носимых технологиях нет ничего нового. Возможно, вы или кто-то из ваших знакомых носит смарт-часы. Многие из них могут отслеживать определенные параметры здоровья, такие как частота сердечных сокращений, но в настоящее время они не могут измерять уровень химических веществ для медицинской диагностики. Умные часы или более специализированные медицинские мониторы также относительно громоздки и часто довольно дороги. Из-за таких недостатков команда, состоящая из исследователей химического факультета Токийского университета, искала новый способ неинвазивного и экономичного определения различных состояний здоровья и состояния окружающей среды.

«Несколько лет назад я наткнулся на увлекательный метод производства надежных растяжимых электронных компонентов, предложенный другой исследовательской группой Токийского университета, — говорит  Лимей Лю, приглашенный ученый и преподаватель Университета Янчжоу. — Эти устройства сплетены из сверхтонких нанонитей, покрытых золотом, поэтому их можно без проблем прикрепить к коже, так как золото никак не реагирует с кожей и не раздражает ее. Целью исследования было создание датчиков для обнаружения сигналов химических веществ, биомаркеров и лекарств. Поэтому мы использовали эту идею и создали неинвазивный датчик, который превзошел наши ожидания и вдохновил нас на поиск способов еще большего улучшения его функциональности».

Основным компонентом датчика является тонкая золотая сетка, поскольку золото химически инертно и не изменяет целевые вещества даже при контакте с ним, например оно не реагирует с потенциальными биомаркерами заболевания, которые находятся в поте. Но вместо этого, поскольку золотая сетка очень тонкая, она может обеспечить удивительно большую поверхность для обнаружения этого биомаркера, и именно здесь вступают в действие другие компоненты датчика.

Когда маломощный лазер направляется на золотую сетку, часть лазерного света поглощается, а часть отражается. Большая часть отраженного света имеет ту же энергию, что и падающий свет. Однако некоторая часть входящего света отдает энергию биомаркеру или другому измеряемому веществу, а расхождение в энергии между отраженным и падающим светом является уникальным для рассматриваемого вещества.  Такой метод идентификации веществ известен как рамановская спектроскопия.

«В настоящее время наши датчики должны быть точно настроены для обнаружения определенных веществ, и в будущем мы хотим еще больше повысить как чувствительность, так и специфичность, — говорит доцент Тинхуэй Сяо.  — Мы думаем, что при этом станут возможными такие приложения, как мониторинг уровня глюкозы, что идеально подходите для больных диабетом, или даже для обнаружения вирусов».

«Датчик также может работать с другими методами химического анализа, помимо рамановской спектроскопии, такими как электрохимический анализ, но все эти идеи требуют гораздо большего изучения», — продолжает профессор Кейсуке Года. — В любом случае, я надеюсь, что это исследование может привести к новому поколению недорогих биосенсоров, которые могут произвести революцию в мониторинге здоровья и снизить финансовое бремя здравоохранения».

Текст: Александра Лютая