Neuer Augensensor findet früh Krebs

Ein neues photonisches Kristall-Biosensor-Design mit einer Augenhöhle hat eine hohe Empfindlichkeit und Stabilität bei der Nachweis von Krebszellen gezeigt.Es erreicht eine Empfindlichkeit von bis zu 243 nm pro Brechungsindexeinheit (RIU), einen hohen Q-Faktor von etwa 87.070 und eine Verdienstzahl (FOM) von 11.800RIU⁻¹.Diese Werte sind höher als viele frühere Designs.Der Sensor bleibt auch unter kleinen Herstellungsfehlern und Temperaturänderungen stabil, was ihn für die reale Verwendung praktisch macht.

Photonische Kristall -Biosensoren arbeiten, indem sie Licht in sehr kleinen Maßstäben steuern und fangen.Sie verwenden wiederholte Muster von dielektrischen Materialien wie Silizium, um photonische Bandgaps zu bilden - Regionen, die bestimmte Lichtwellenlängen blockieren.Dies ermöglicht es ihnen, Veränderungen in ihrer Umgebung mit hoher Präzision zu erkennen.Wenn Licht durch verschiedene Arten von biologischen Zellen fließt, ändert sich der Brechungsindex geringfügig.Krebszellen verschieben beispielsweise die Resonanzwellenlänge des Lichts auf nachweisbare Weise, was die Grundlage für diese Erfassungsmethode bildet.

Die meisten bestehenden Biosensor -Designs verwenden runde oder sechseckige Hohlräume, um Licht zu fangen.Diese Studie schlägt jedoch vor, einen Augenhöhle zu verwenden, der seltener untersucht wird.Die Augenform hilft, das Licht fester zu fangen, was zu einer höheren Empfindlichkeit und einem besser definierten Resonanzpeak führt.Diese schärfere optische Reaktion erleichtert es einfacher, kleine biologische Veränderungen wie die durch Krebszellen verursachten Veränderungen nachzuweisen.

Die Sensorstruktur basiert auf einem zweidimensionalen Gitter von in Luft aufgehängten Siliziumstangen.Jede Stange ist 0,1 µm breit und die Stäbe sind 540 nm voneinander entfernt.In zwei geraden Wellenleitern kann das Licht das Gerät eingeben und verlassen.Der zwischen diesen Wellenleitern platzierte Augenhöhle hält das zu testende Material.Die Forscher verwendeten Simulationswerkzeuge basierend auf der Finite -Elemente -Methode, um die Hohlraumform- und Stabpositionen anzupassen, und verbesserten die Verschiebung der Resonanzwellenlänge während der Erkennung.

Um die Leistung zu messen, bewertete das Team drei wichtige Indikatoren: Empfindlichkeit, Q-Faktor und Merit-Figur (FOM).Die Empfindlichkeit bezieht sich darauf, wie stark sich die Resonanzwellenlänge pro Veränderung des Brechungsindex verändert.Der Q-Faktor zeigt, wie scharf und unterschiedlich der Resonanzpeak ist.Das FOM kombiniert beide Werte, um die Effektivität der Gesamtsensor darzustellen.

Die Simulationen zeigten hervorragende Ergebnisse.Die Resonanzwellenlänge des Sensors verschoben sich deutlich und vorhersehbar, wenn sich der Brechungsindex änderte, sodass kleine Unterschiede in den Zelleigenschaften gemessen werden können.Selbst wenn das Design leicht ungenau war - durch ± 2 Nm im Hohlraum oder ± 20 nm im Stababstand - funktionierte der Sensor immer noch gut.Es blieb auch über einen Temperaturbereich von 25 ° C bis 75 ° C stabil, was bedeutet, dass Wärme oder Materialschwankungen nur geringe Auswirkungen auf die Leistung hatten.

Dieses neue Design kombiniert erfolgreich eine unkonventionelle Hohlraumform mit hoher Erfassungsgenauigkeit und körperlicher Belastbarkeit.Es erfordert keine zusätzlichen fluoreszierenden Etiketten oder Farbstoffe, um Krebszellen nachzuweisen, was den Prozess vereinfacht.Dank seiner Toleranz gegenüber kleinen Fehlern und Umweltverschiebungen hat es ein starkes Potenzial für die medizinische Diagnostik, insbesondere für die Erkennung von Krebskrebs.