俄羅斯科學家開發出了一種新的激光技術，用於製造新穎的光學生物傳感器，這種傳感器能夠在幾秒鐘內識別感染性疾病。該裝置通過紅外光來顯示有害的細菌和病毒，可以在大型的交通樞紐，如機場等需要不斷監測大量的客流的環境下得到廣泛應用。這項研究發表在《激光物理快報》雜誌上。
該傳感器是由一個規則微穿孔化的銀納米薄膜沉積在由天然礦物螢石支撐的透明基板上製作而成。生物材料樣本，如刮下的鼻粘膜的樣品被放置在薄膜上。然後，這一薄膜曝光在一個普通實驗室中的紅外光譜儀的紅外光中。通過獲取通過樣品的光譜，研究人員可以推斷出特定的細菌或病毒的存在。
為了證明新型生物傳感平台可以立即檢測病原微生物，科學家們使用了一種常見的細菌進行實驗，金黃色葡萄球菌。
這種快速分析可能被廣泛應用於大型交通樞紐，如機場這種需要不斷對流通乘客進行健康監測的環境下。目前，這種還是通過熱成像攝像機跟踪體溫來實現。一個發燒的乘客可能是一個潛在的感染源。在這種情況下，一個清晰的分析是必要的，要辨別出來該人是否實際上是生病了，還是什麼別的原因。利用現有的方法調查生物材料，如聚合酶鍊式反應方法要需要幾天。與之相反的是，這種新技術可以立即提供出檢測的結果。
這項研究由機械與光學大學、國家核研究大學、列別捷夫物理研究所、莫斯科物理技術研究所的科學家主導進行，並與莫斯科傳染病臨床醫院展開了密切合作。
這種新的生物傳感器的另一個優點是它的靈敏度。“光學生物傳感器，使用我們的技術可以檢測單個細菌，”Sergey Kudryashov說，他是機械與光學大學激光技術與儀器學院和列別捷夫物理研究所氣體激光器實驗室的領導研究員。“在一些公共機構，如幼兒園、學校內傳染病的早期診斷，特別對於高校的季節性流行病有很好的幫助。對於在傳染病醫院的醫生來說，這種技術可以是一個寶貴的資產，可用於早期和更快的診斷。”
該生物傳感器的靈敏度歸功於銀質薄膜的光柵狀結構。當紅外線通過傳感器時，它會定期地分佈在表面上。隨著光照強度變高微孔會轉變成熱點。生物材料中含有的微生物會在熱點中有效地填充孔和吸附，這增加了他們的檢測的概率。
數以百萬計的微觀孔利用激光進行切割，這是通過衍射光學元件進行空間復用成微束，使研究人員能夠使傳感器的生產自動化和更迅速。
“到現在為止，這樣的傳感器只能通過高倍率放大的電子顯微鏡才能看到，所以實際的實驗室分析是不可能的。我們的方法可以允許這種微孔結構覆蓋更大的面積，擴展到一平方厘米麵積，用以製作出應用在實際實驗應用傳感的原型，以方便生物材料更好的適配，”Sergey Kudryashov說。
對於光學生物傳感的反洗方法並不是新創的，而只是實施過程中效果不佳。這是由於一個事實，早期的技術並不能製造真正的原型，即可用在實驗室環境中進行測試和臨床中實踐。
這在把這項新技術用於醫療實踐之前，提出了另一個科學家必須進行解決重大的挑戰，細菌（紅外光譜庫）的參考數據庫的建立，即被用來與從紅外光譜儀形成的數據進行比較。
紅外光譜儀的讀數總是要與這種光譜數據庫進行比較，即某些官能團分子的紅外活性指紋的目錄庫。例如，在研究中使用的金黃色葡萄球菌，有它自己的指紋，來自胡蘿蔔素的類胡蘿蔔素片段，而胡蘿蔔素即是負責其顏色的一種物質。
科學家們希望在未來，由於較低的生產成本和快速的製造工藝，以及更常見的基板材料的使用，新的光學生物傳感器平台將得到廣泛的實際應用。此外，根據研究人員的說明，一旦光譜庫被校準，傳感器將能夠識別不僅是致病微生物的類型，且會包括它們的近似類型。
Source:《激光物理快報》
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