На Конгрессе молодых ученых исследовательская группа МФТИ впервые представила переносной сенсор на основе металинзы — ультратонкой оптической структуры, которая управляет светом с помощью наноразмерных элементов. О разработке Науке Mail рассказал Александр Барулин, ведущий научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ и руководитель группы нанофотоники и молекулярной биофизики.
Принцип работы сенсора основан на фокусировании света, проходящего через оптоволокно. Обычно луч внутри волокна расходится, но металинза толщиной меньше микрометра — то есть тоньше человеческого волоса в сотни раз — собирает до 30–40% излучения в очень резкий фокус. В эту область помещают исследуемую жидкость: растворы белков, наночастицы или экзосомы, микроскопические пузырьки, выделяемые клетками и важные для диагностики заболеваний.
Барулин объясняет, что такая система фактически превращает оптоволокно в переносной анализатор. Сенсор фиксирует флюоресценцию — свечение отдельных молекул под действием света, что дает возможность создавать сверхчувствительные биосенсоры. На стенде представлены два подхода: фокусирование света прямо из оптоволокна и работа через фотонно-интегральную схему — миниатюрный оптический чип, на котором свет направляется и концентрируется с помощью встроенных микроструктур.
Одно из направлений проекта посвящено анализу нанопластика. Сенсор способен фиксировать отдельные частицы и определять их размер по времени прохождения через оптический фокус. Сейчас прибор различает наночастицы полистирола при пикомолярных концентрациях — это триллионные доли моля, что соответствует крайне малому количеству вещества. Такая чувствительность открывает перспективы применения сенсора вне лаборатории, например для оценки загрязнения водоемов.
Пока технология не внедрена в промышленность: ей чуть больше полутора лет, и команда демонстрирует первый прототип. Зарубежные аналоги существуют, но они крупные и стационарные. Цель МФТИ — создать сенсор, который будет и чувствительным, и действительно портативным, пригодным для фармацевтики, медицины, экологического мониторинга и исследований биомолекул. На Конгрессе переносной сенсор был показан публике впервые, а научная статья с подробным описанием системы готовится к публикации.
Проект Наука Mail выступает информационным партнером V Конгресса молодых ученых.
Ранее мы рассказывали, что российские ученые создали прибор для безопасных операций на щитовидной железе и гипофизе.
