Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Потом и кровью: чувствительность биосенсоров поднимется в разы
Биосенсоры, встроенные в смартфоны, умные часы и другие гаджеты, скоро станут реальностью. Они смогут анализировать данные не только по составу крови, но и слюны, пота и слезной жидкости. Ученые МФТИ нашли способ поднять чувствительность биологических датчиков до уровня, достаточного для их применения в бытовых приборах.
На обложке январского выпуска научного журнала Sensors анонсирована статья Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, в которой описывается найденный учеными способ поднять чувствительность биологических датчиков до уровня, достаточного для их применения в бытовых приборах.
Биосенсор — электрохимический датчик, позволяющий в реальном времени определять состав биологических жидкостей. Пожалуй, единственное на сегодняшний день массовое бытовое применение биосенсоров — приборы для моментального измерения уровня глюкозы в крови. Но футурологи обещают, что в недалеком будущем бытовые электронные приборы, анализирующие при помощи биосенсоров состав пота, слюны, глазной жидкости и других выделений, смогут идентифицировать личность, делать медицинские анализы, ставить диагнозы, непрерывно контролировать состояние здоровья и составлять оптимальный рацион питания для конкретного человека в зависимости от текущего состояния его организма.
До недавнего времени всерьез говорить о подобных применениях биосенсоров не позволяла их низкая чувствительность и неподъемная для потребительского рынка стоимость. Но, похоже, в этой области намечается долгожданный прорыв: группа ученых с Физтеха предложила принципиально новую конструкцию биосенсора, обещающую повышение его чувствительности и снижение стоимости. То и другое — во много раз.
«Традиционный биосенсор состоит из кольцевого резонатора и волновода, расположенного в одной плоскости с резонатором, — рассказывает автор идеи опубликованной работы, студент магистратуры МФТИ и сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники Кирилл Воронин. — Мы решили попробовать разнести эти два элемента, поместить их в разные плоскости, расположить колечко над волноводом».
Раньше никто из исследователей не пытался так делать, потому что в лабораторных условиях гораздо проще изготовить одноуровневую плоскую конструкцию: на подложку наносят тонкую пленку, вытравливают ее и получают одновременно и кольцевой резонатор, и волновод. Двухъярусная же конструкция биосенсора оказалась более сложной для изготовления в единичных экспериментальных экземплярах, но зато более дешевой при массовом производстве на заводах микроэлектроники, где все технологические процессы ориентированы как раз на послойное размещение активных элементов. Но главное, предложенная объемная конструкция биосенсора позволяет добиться от него во много раз большей чувствительности.
Работа биосенсоров основана на том, что за счет поглощения органических молекул поверхностью датчика происходит небольшое изменение показателя преломления последней. Это изменение фиксируется с помощью резонатора, у которого условия резонанса зависят от показателя преломления внешней среды. Явление резонанса обладает тем свойством, что даже самые слабые колебания показателя преломления вызывают значительное смещение резонансных пиков. Поэтому биосенсор способен откликаться чуть ли не на каждую органическую молекулу, попадающую на поверхность датчика.
«У нас полосковый волновод расположен под резонатором, в толще диэлектрика, — объясняет один из соавторов работы Алексей Арсенин, ведущий научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. — Резонатор же находится на границе раздела, между диэлектрической подложкой и внешней средой. Это позволяет значительно поднять его чувствительность путем подбора показателей преломления двух сред».
В предложенной учеными новой компоновке биосенсора вся его оптическая часть — источник и детектор излучения — располагается внутри диэлектрика. Снаружи же остается только чувствительная зона конструкции — золотое колечко диаметром несколько десятков микрометров и толщиной несколько десятков нанометров (смотрите рисунок).
Кирилл Воронин убежден, что созданный на Физтехе метод повышения чувствительности биосенсоров позволит вывести эту область технологий на качественно новый уровень. «Наша схема призвана существенно упростить и удешевить биосенсоры, — говорит он. — Для производства датчиков, построенных на нашем принципе, достаточно только оптической литографии. Не требуется никаких движущихся деталей, достаточно настраиваемого лазера, работающего в очень узком диапазоне». По оценке директора Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Валентина Волкова, для создания промышленного образца на основе предложенной технологии понадобится около трех лет.
Telegram 
Дзен 
VK До сих пор нашу Галактику считали типичным примером того, как все устроено в любых спиральных галактиках. Но недавно астрономы рассмотрели сотню максимально похожих аналогов Млечного Пути и обнаружили, что большинство из них все же заметно отличаются.
В этой посуде можно готовить растворы с ионами серебра и меди, которые обладают мощным антимикробным, противовирусным и иммуностимулирующим действием. Это поможет в профилактике и лечении инфекционных и вирусных заболеваний (в том числе ОРВИ, гриппа, коронавируса), повысит иммунитет населения и предотвратит эпидемии.
Бурная эволюция массивных звезд играет большую роль во Вселенной. Именно они ионизируют межзвездный газ и, взрываясь сверхновыми, насыщают космос более тяжелыми элементами. Поэтому ученые так заинтересованы в их изучении. И вот астрономам впервые удалось получить снимок ближайших окрестностей красного сверхгиганта вне Млечного Пути.
Ученые из Аргентины в серии экспериментов проследили за поведением домашних собак во время разногласий между членами семьи и выявили у четвероногих питомцев ряд характерных реакций на конфликт.
Евгений Левичев с командой коллег работает над созданием источника синхротронного излучения — по сути большого рентгеновского «микроскопа», с помощью которого геологи, биологи, химики и другие специалисты смогут получить новую и полезную информацию. Задача у Евгения Борисовича непростая — сделать установку с рекордными параметрами: придумать оригинальные технические решения, смоделировать процесс и настроить все наилучшим образом. Член-корреспондент РАН Евгений Борисович Левичев — директор Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») и заместитель директора Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН).
Ефим Аркадьевич Хазанов — академик РАН, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела нелинейной и лазерной оптики в Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород), значимая фигура в российской науке. За 40 лет в науке он внес огромный вклад в развитие лазерной физики и нелинейной оптики — разработал фемтосекундный лазерный комплекс PEARL, предложил идею по созданию мегасайенс проекта XCELS, создал новое направление — термооптику магнитоактивных сред и многое другое. В 2018 году академик Хазанов был удостоен Государственной премии Российской Федерации. Он автор более 350 статей в рецензируемых научных журналах, а его работы были процитированы более 40 тысяч раз. Индекс Хирша Хазанова составляет 79. Ефим Аркадьевич рассказал нам о профессиональном пути, воспитании аспирантов, текущих исследованиях и своей жизни вне науки.
Под рыжим верхним слоем с виду обычного камня открылся целый калейдоскоп довольно неожиданных оттенков. Это особенно интересно с учетом того, где лежит камень — в марсианском кратере, который по всем признакам когда-то был озером.
Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.
Органические молекулы с пи-связью образуют очень устойчивые геометрии, которые не любят нарушаться. В 1924 году немецкий химик Юлиус Бредт сформулировал соответствующий запрет, вошедший в учебники химии. Тем не менее это в некоторых случаях возможно. В новой работе американские исследователи представили несколько «антибредтовских» соединений из класса олефинов.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно