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俄羅斯研發新型生物傳感器 可立即得出檢測結果

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-11-14瀏覽次數:715

俄羅斯科學家開發了一種新的激光技術,用于制造新型光學生物傳感器,可在幾秒鐘內識別傳染病。該裝置利用紅外線顯示有害細菌和病毒,可廣泛用于需要連續監測大量乘客的機場等大型交通樞紐。該研究發表在期刊《激光物理快報》上。

俄羅斯開發新的生物傳感器

通過在由天然礦物螢石支撐的透明基板上沉積常規的微孔銀納米膜來制造傳感器。將生物材料樣品(例如刮擦的鼻粘膜樣品)置于膜上。然后在普通實驗室中將該薄膜暴露于紅外光譜儀的紅外光下。通過將光譜通過樣本,研究人員可以推斷出特定細菌或病毒的存在。

為了證明新的生物傳感平臺可以立即檢測到病原微生物,科學家們使用一種常見的細菌進行金黃色葡萄球菌的實驗。

這種快速分析可廣泛用于大型交通樞紐,例如機場,其中不斷需要對循環乘客進行健康監測。目前,這是通過使用熱成像相機跟蹤體溫來實現的。發燒乘客可能是潛在的感染源。在這種情況下,需要進行明確的分析,以確定該人是否真的生病或其他原因。使用現有方法(例如聚合酶鏈式反應方法)研究生物材料需要數天時間。相比之下,這項新技術可以立即提供測試結果。

該研究由機械和光學科學大學,國家核研究大學,列別杰夫物理學院和莫斯科物理科學研究所的科學家領導,并與莫斯科傳染病臨床醫院密切合作。

這種新型生物傳感器的另一個優點是其靈敏度。 “光學生物傳感器可以使用我們的技術檢測單個細菌,”Lebedev物理學院機械和光學科學與激光實驗室激光技術與儀器研究所的首席研究員Sergey Kudryashov說。 “幼兒園和學校等一些公共機構對傳染病的早期診斷,對于高校的季節性流行病尤其有用。對于傳染病醫院的醫生來說,這項技術可以成為寶貴的資產。可用于早期和更快的診斷。“

生物傳感器的靈敏度歸因于銀膜的光柵狀結構。當紅外光通過傳感器時,它周期性地分布在表面上。隨著光強度增加,微孔變成熱點。生物材料中含有的微生物有效地填充了熱點中的孔隙和吸附,這增加了它們被檢測的可能性。

數百萬個微觀孔用激光切割,通過衍射光學系統在空間上多路復用到微束中,使研究人員能夠自動化并更快速地生產傳感器。

“到目前為止,這種傳感器只能通過高放大倍率放大電子顯微鏡看到,因此實際的實驗室分析是不可能的。我們的方法允許這種微孔結構覆蓋更大的區域并擴展到1平方厘米的面積用于創建用于感測的原型在實際實驗應用中,為了更好地適應生物材料,“謝爾蓋庫德里亞索夫說。

光學生物傳感的反洗方法并不新鮮,但在實施過程中無效。這是因為早期技術沒有制作真正的原型,可以在實驗室環境中用于測試和臨床實踐。

在將這項新技術用于醫療實踐之前,有人建議另一位科學家必須解決這一重大挑戰。建立細菌參考數據庫(紅外光譜庫)用于與紅外光譜儀形成的數據進行比較。

紅外光譜儀讀數總是與該光譜數據庫進行比較,該數據庫是某些功能分子的紅外活性指紋目錄。例如,研究中使用的金黃色葡萄球菌有自己的指紋,胡蘿卜素的類胡蘿卜素片段,是一種負責其顏色的物質。

科學家們希望在未來,由于降低生產成本和快速制造工藝,以及使用更常見的基板材料,新的光學生物傳感器平臺將得到廣泛應用。此外,根據研究人員的指示,一旦光譜庫被校準,傳感器將不僅能夠識別病原微生物的類型,還能識別它們的近似類型。

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