Η φασματοσκοπία Raman ενισχυμένης επιφάνειας (SERS) είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο και ευέλικτο αναλυτικό εργαλείο

[Giannis]

Η φασματοσκοπία Raman ενισχυμένης επιφάνειας (SERS) είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο και ευέλικτο αναλυτικό εργαλείο που χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές βιοαισθητήρα. Στη συμβατική φασματοσκοπία Raman, τα μόρια ανιχνεύονται από τη χαρακτηριστική τους σκέδαση φωτός λέιζερ, αλλά η ευαισθησία της τυπικής μεθόδου είναι σχετικά χαμηλή. Εντούτοις, ανιχνεύοντας την ίδια σκέδαση Raman από μόρια που έχουν προσροφηθεί σε τραχιές μεταλλικές επιφάνειες, η ευαισθησία μπορεί να βελτιωθεί αξιοσημείωτα, επιτρέποντας ακόμη και την ανίχνευση μεμονωμένων μορίων (βλ. εικόνα). Δυστυχώς, ο μηχανισμός αυτής της ενίσχυσης δεν είναι καλά κατανοητός και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον συνδυασμό επιφάνειας και μοριακού στόχου.

Η Malini Olivo και οι συνεργάτες της στο A*STAR Singapore Bioimaging Consortium και στο Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής ανέπτυξαν τώρα μια νέα κατηγορία επιφανειών που παρέχει την απαραίτητη βελτίωση ευαισθησίας για την ανίχνευση της γλυκόζης. Το νέο υπόστρωμα υπόσχεται τη γρήγορη, άμεση και ακριβή ανίχνευση της γλυκόζης σε διάλυμα σε φυσιολογικές συγκεντρώσεις.

Η Olivo και οι συνεργάτες της έχουν ερευνήσει το SERS για τη μέτρηση της γλυκόζης σε βιολογικά δείγματα. Η γλυκόζη έχει πολύ χαμηλή απόδοση σκέδασης Raman και τα υπάρχοντα υποστρώματα για SERS αποτυγχάνουν να φέρουν την ευαισθησία ανίχνευσης της μεθόδου σε επίπεδο κατάλληλο για την ανίχνευση των τυπικών συγκεντρώσεων σε πραγματικά δείγματα.

Αντί για τα συνήθως χρησιμοποιούμενα ακατέργαστα μεταλλικά υποστρώματα, οι ερευνητές στράφηκαν σε πυρίτιο, το οποίο χάραξαν για να σχηματίσουν ένα καλά καθορισμένο σχέδιο νανοκενών. Στη συνέχεια επικάλυψαν το πυρίτιο με σχέδια με λεπτά στρώματα ασημιού και χρυσού. Σε δοκιμές που συνέκριναν το νέο υπόστρωμα με εμπορικά υποστρώματα για την ανίχνευση γλυκόζης, η Olivo και η ομάδα της διαπίστωσαν ότι το υπόστρωμα με βάση το πυρίτιο έδωσε την ώθηση της ευαισθησίας που αναζητούσαν, την οποία αποδίδουν στην ομοιομορφία της τραχύτητας που παρέχεται από το σχέδιο νανοδιάκενου.

«Μας εξέπληξε πραγματικά η υψηλή αναπαραγωγιμότητα του υποστρώματος μας», λέει ο Olivo. «Η καλύτερη αναπαραγωγιμότητα που αναφέρθηκε προηγουμένως για τη γλυκόζη ήταν μόνο περίπου 10%. Ωστόσο, λόγω του ειδικού σχεδιασμού και του σχεδίου του υποστρώματος μας, επιτύχαμε αναπαραγωγιμότητα περίπου 3–4%, η οποία είναι εξαιρετική.» Το υπόστρωμα nanogap παρείχε επίσης καλή ευαισθησία για την ανίχνευση γλυκόζης στο φυσιολογικά σημαντικό εύρος 0-25 millimolar.

Η Olivo και οι συνεργάτες της χτίζουν ήδη την επιτυχία τους με την εργασία σε ένα ανάλογο σύστημα ανίχνευσης πρωτεϊνών. «Θα θέλαμε να μεταφράσουμε παρόμοιες πλατφόρμες υποστρώματος SERS σε οπτικές ίνες προκειμένου να αναπτύξουμε μια ελάχιστα επεμβατική in vivo πλατφόρμα SERS για κλινική διάγνωση», λέει. Οι ερευνητές έχουν μεγάλες ελπίδες ότι μικροί αισθητήρες που βασίζονται σε αυτήν την πλατφόρμα SERS μπορεί μια μέρα να εμφυτευθούν σε ασθενείς για ανίχνευση γλυκόζης σε πραγματικό χρόνο.