Alat Optik Miniatur Menghitung Biomolekul dengan Analisis Citra Canggih

Janji medis personal melibatkan perangkat sederhana yang memberitahukan setiap orang tentang tingkat kesehatan mereka, mengidentifikasi bahkan jumlah kecil biomarker yang tidak diinginkan dalam darah atau ludah, dan berfungsi sebagai sistem peringatan dini untuk penyakit.

Sebuah perangkat dikembangkan yang terdiri dari chip optik ultra-tipis dan miniatur yang, ketika dikaitkan dengan kamera CMOS standar dan dipaksa oleh analisis citra, mampu menghitung biomolekul satu per satu dalam sampel dan menentukan lokasinya.

Teknologi ini didasarkan pada metasurface — lembaran materi buatan yang dipenuhi jutaan elemen berukuran nano yang disusun dengan cara khusus. Pada frekuensi tertentu, elemen ini mampu mencurahkan cahaya ke volume yang sangat kecil, menciptakan “hotspot” optik ultra-sensitif. Ketika cahaya bersinar pada metasurface dan mengenai molekul pada salah satu hotspot ini, molekul terdeteksi segera; sebenarnya, molekul memberitahu dirinya sendiri dengan mengubah panjang gelombang cahaya yang mengenainya.

Dengan menggunakan lampu berwarna berbeda pada metasurface dan mengambil gambar setiap kali dengan kamera CMOS, para peneliti dapat menghitung jumlah molekul dalam sampel dan mempelajari persis apa yang terjadi pada chip sensor. Alat data science cerdas kemudian digunakan untuk menganalisis jutaan piksel CMOS yang diperoleh melalui proses ini dan mengidentifikasi tren. Para peneliti mendemonstrasikan kemampuan untuk mendeteksi dan mengcitra tidak hanya biomolekul individu pada hotspot tetapi bahkan selembar grafik tunggal yang tebal satu atom.

Versi kedua dari sistem dikembangkan di mana metasurface diprogram untuk berezonansi pada panjang gelombang yang berbeda di berbagai wilayah. Teknik ini lebih sederhana namun juga kurang akurat dalam menentukan lokasi molekul.