Un gruppo di ricerca composto dal professor Kyoung-Duck Park e dai dottorandi Taeyoung Moon e Huitae Joo, del Dipartimento di Fisica dell’Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) ha progettato un “sensore spettroscopico in oro nanogap a banda larga” utilizzando un materiale flessibile in grado di piegarsi per creare uno spazio controllato. Con la tecnologia sviluppata, è possibile testare rapidamente vari tipi di materiali, compresi i virus delle malattie infettive, utilizzando un solo sensore nanospettroscopico per trovare impronte molecolari.
L’emergere di epidemie pandemiche come COVID-19 ha sottolineato la necessità di metodi analitici rapidi e precisi per prepararsi a potenziali future epidemie virali. La spettroscopia Raman, utilizzando nanostrutture d’oro, offre informazioni sulla struttura interna e sulle proprietà chimiche dei materiali analizzando le vibrazioni distinte delle molecole note come “impronte digitali molecolari”, utilizzando la luce con notevole sensibilità. Potrebbe quindi avere un ruolo cruciale nel determinare la positività di un virus.
Tuttavia, i sensori di spettroscopia Raman convenzionali ad alta sensibilità rilevano solo un tipo di virus con un singolo dispositivo, ponendo quindi limitazioni in termini di produttività, velocità di rilevamento e costi quando si considerano le applicazioni cliniche.
Il gruppo di ricerca ha fabbricato con successo una struttura unidimensionale su scala millimetrica, caratterizzata da nanogap d’oro che ospitano solo una singola molecola con una perfetta aderenza. Questo progresso consente il rilevamento spettroscopico Raman su vasta area e ad alta sensibilità. Inoltre, hanno integrato in modo efficace materiali flessibili sul substrato del sensore spettroscopico nanogap in oro. Infine, il team ha sviluppato una tecnologia sorgente per un sensore nanospettrale attivo a banda larga, che consente il rilevamento su misura di sostanze specifiche utilizzando un unico dispositivo, ampliando il nanogap fino alle dimensioni di un virus e regolando liberamente la sua larghezza per adattarsi alle dimensioni e al tipo di virus. materiali, compresi i virus.
Inoltre, hanno migliorato la sensibilità e la controllabilità del sensore combinando la tecnologia dell’ottica adattiva utilizzata in campi come l’ottica spaziale, come il telescopio James Webb. Inoltre, hanno stabilito un modello concettuale per estendere la struttura unidimensionale fabbricata in un sensore spettroscopico bidimensionale, confermando teoricamente la capacità di amplificare i segnali spettroscopici Raman fino a diversi miliardi di volte. In altre parole, diventa possibile confermare in tempo reale in pochi secondi la positività del virus, un processo che prima richiedeva giorni per la verifica.
Si prevede che i risultati del gruppo di ricerca, attualmente in attesa di approvazione del brevetto, saranno utilizzati per la risposta rapida attraverso test in tempo reale ad alta sensibilità in caso di malattie infettive impreviste come COVID-19, per prevenire la diffusione indiscriminata. Taeyoung Moon, autore principale dell’articolo, ha sottolineato l’importanza dei loro risultati affermando: “Ciò non solo fa avanzare la ricerca scientifica di base nell’identificazione delle proprietà uniche dei materiali, dalle molecole ai virus, ma facilita anche le applicazioni pratiche, consentendo il rapido rilevamento di un ampio spettro di virus emergenti utilizzando un unico sensore su misura.”
La ricerca collaborativa è stata condotta congiuntamente con il team del Professor Dai-Sik Kim del Dipartimento di Fisica dell’UNIST e con un team guidato dal Professor Yung Doug Suh del Dipartimento di Chimica dell’UNIST, vicedirettore del Centro per i materiali di carbonio multidimensionali presso l’Institute for Basic Science (IBS). ). Inoltre, Yeonjeong Koo, Mingu Kang e Hyeongwoo Lee del Dipartimento di Fisica di POSTECH hanno effettuato misurazioni. I risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati sulla rivista internazionale Nanolettere.
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