소형 광학 장치, 고급 이미지 분석으로 생체분자 계수

개인 맞춤 의료의 약속은 각 사람의 건강 수준을 알리고, 혈액이나 타액에서 미량의 바람직하지 않은 바이오마커조차 식별하고, 질병에 대한 조기 경보 시스템 역할을 하는 간단한 장치를 포함합니다.

표준 CMOS 카메라와 결합되고 이미지 분석으로 구동되는 초박형 소형 광학 칩으로 구성된 장치가 개발되었습니다. 이 장치는 샘플에서 생체분자를 하나씩 세고 위치를 결정할 수 있습니다.

이 기술은 메타표면에 기반합니다. 특수한 방식으로 배열된 수백만 개의 나노 크기 요소로 덮인 인공 물질 시트입니다. 특정 주파수에서 이 요소들은 빛을 극도로 작은 부피로 압착하여 초민감한 광학 '핫스팟'을 생성합니다. 빛이 메타표면에 비추고 핫스팟 중 하나에서 분자와 부딪히면 분자가 즉시 감지됩니다. 사실 분자가 닿는 빛의 파장을 변경하여 스스로를 드러냅니다.

메타표면에 다른 색상 빛을 사용하고 매번 CMOS 카메라로 사진을 찍으면 연구자들은 샘플 내 분자 수를 세고 센서 칩에서 정확히 무슨 일이 일어나는지 알 수 있습니다. 스마트 데이터 사이언스 도구로 이 과정을 통해 얻은 수백만 CMOS 픽셀을 분석하고 추세를 식별합니다. 연구자들은 핫스팟에서 개별 생체분자뿐만 아니라 단 한 원자 두께의 단일 그래핀 시트까지 감지하고 이미징하는 능력을 시연했습니다.

메타표면이 다른 영역에서 다른 파장에서 공명하도록 프로그래밍된 시스템의 두 번째 버전도 개발되었습니다. 이 기술은 더 단순하지만 분자 위치를 찾는 데는 덜 정밀합니다.