생체 분자를 계산하기 위해 광학 및 이미지 분석을 결합한 장치

개인 맞춤형 의료의 약속은 각 사람에게 자신의 건강 수준을 알려주고, 혈액이나 타액에서 미량의 바람직하지 않은 바이오마커라도 식별하고, 질병에 대한 조기 경고 시스템 역할을 하는 간단한 장치를 포함합니다.

초박형 초소형 광학 칩으로 구성된 장치가 개발되었습니다. 이 칩은 표준 CMOS 카메라와 결합되고 이미지 분석에 의해 구동될 때 샘플에서 생체 분자를 하나씩 계산하고 위치를 결정할 수 있습니다.

이 기술은 특별한 방식으로 배열된 수백만 개의 나노 크기 요소로 덮인 인공 재료 시트인 메타표면을 기반으로 합니다. 특정 주파수에서 이러한 요소는 빛을 극도로 작은 양으로 압축하여 매우 민감한 광학 "핫스팟"을 생성할 수 있습니다. 빛이 메타표면을 비추고 이러한 핫스팟 중 하나에서 분자를 때리면 분자가 즉시 감지됩니다. 사실, 분자는 자신을 비추는 빛의 파장을 변경하여 스스로를 포기합니다.

메타표면에 다양한 색상의 빛을 사용하고 CMOS 카메라로 매번 사진을 찍음으로써 연구자들은 샘플의 분자 수를 세고 센서 칩에서 무슨 일이 일어나고 있는지 정확히 알 수 있습니다. 그런 다음 스마트 데이터 과학 도구를 사용하여 이 프로세스를 통해 얻은 수백만 개의 CMOS 픽셀을 분석하고 추세를 식별합니다. 연구원들은 핫스팟에서 개별 생체 분자뿐만 아니라 단 하나의 원자 두께에 불과한 단일 그래핀 시트도 감지하고 이미지화할 수 있는 능력을 보여주었습니다.

시스템의 두 번째 버전은 메타표면이 다른 영역의 다른 파장에서 공명하도록 프로그래밍되어 개발되었습니다. 이 기술은 더 간단하지만 분자를 찾는 데 덜 정확합니다.