Perangkat Menggabungkan Optik dan Analisis Gambar untuk Menghitung Biomolekul

Janji pengobatan yang dipersonalisasi melibatkan perangkat sederhana yang membuat setiap orang mengetahui tingkat kesehatan mereka, mengidentifikasi bahkan jejak biomarker yang tidak diinginkan dalam darah atau air liur, dan berfungsi sebagai sistem peringatan dini untuk penyakit.

Sebuah perangkat dikembangkan yang terdiri dari chip optik ultra-tipis dan mini yang, bila digabungkan dengan kamera CMOS standar dan didukung oleh analisis gambar, mampu menghitung biomolekul satu per satu dalam sampel dan menentukan lokasinya.

Teknologi ini didasarkan pada metasurfaces — lembaran bahan buatan yang dilapisi jutaan elemen berukuran nano yang disusun dengan cara khusus. Pada frekuensi tertentu, elemen-elemen ini mampu menekan cahaya menjadi volume yang sangat kecil, menciptakan “hotspot” optik ultrasensitif. Ketika cahaya menyinari metasurface dan mengenai molekul di salah satu titik panas ini, molekul tersebut segera terdeteksi; kenyataannya, molekul melepaskan dirinya dengan mengubah panjang gelombang cahaya yang mengenainya.

Dengan menggunakan lampu berwarna berbeda pada permukaan meta dan mengambil gambar setiap kali dengan kamera CMOS, peneliti dapat menghitung jumlah molekul dalam sampel dan mempelajari dengan tepat apa yang terjadi pada chip sensor. Alat ilmu data pintar kemudian digunakan untuk menganalisis jutaan piksel CMOS yang diperoleh melalui proses ini dan mengidentifikasi tren. Para peneliti mendemonstrasikan kemampuan untuk mendeteksi dan mencitrakan tidak hanya biomolekul individu di hotspot, tetapi bahkan satu lembar graphene yang hanya setebal satu atom.

Versi kedua dari sistem dikembangkan di mana permukaan meta diprogram untuk beresonansi pada panjang gelombang yang berbeda di wilayah yang berbeda. Tekniknya lebih sederhana namun juga kurang tepat dalam menemukan molekul.