Das berichten Forschende der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) im Fachblatt Nano Letters.
Das Auftreten pandemischer Epidemien wie COVID-19 hat die Notwendigkeit schneller und präziser Analysemethoden zur Vorbereitung auf mögliche künftige Virusausbrüche deutlich gemacht. Die Raman-Spektroskopie, bei der Gold-Nanostrukturen verwendet werden, liefert Informationen über die innere Struktur und die chemischen Eigenschaften von Materialien, indem sie die unterschiedlichen Schwingungen von Molekülen, die als "molekulare Fingerabdrücke" bekannt sind, mit Hilfe von Licht mit bemerkenswerter Empfindlichkeit analysiert. Daher könnte sie eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Positivität eines Virus spielen.
Herkömmliche hochempfindliche Raman-Spektroskopie-Sensoren erkennen jedoch nur einen Virustyp mit einem einzigen Gerät, was bei klinischen Anwendungen zu Einschränkungen in Bezug auf Produktivität, Nachweisgeschwindigkeit und Kosten führt.
Dem Forscherteam ist es nun gelungen, eine eindimensionale Struktur im Millimeter-Maßstab herzustellen, deren Gold-Nanolücken nur ein einziges Molekül mit festem Sitz aufnehmen können. Dieser Fortschritt ermöglicht eine großflächige, hochempfindliche Raman-spektroskopische Abtastung. Darüber hinaus haben sie flexible Materialien auf dem Substrat des Gold-Nanogap-Spektroskopiesensors effektiv integriert. Schließlich entwickelte das Team eine Quellentechnologie für einen breitbandigen aktiven Nanospektralsensor, der den maßgeschneiderten Nachweis spezifischer Substanzen mit einem einzigen Gerät ermöglicht, indem der Nanogap auf die Größe eines Virus erweitert und seine Breite frei an die Größe und Art der Materialien, einschließlich Viren, angepasst wird.
Zudem erstellten sie ein konzeptionelles Modell für die Erweiterung der hergestellten eindimensionalen Struktur zu einem zweidimensionalen spektroskopischen Sensor und bestätigten theoretisch die Fähigkeit, Raman-spektroskopische Signale um das bis zu mehrere Milliarden Mal zu verstärken. "Es wird möglich, die Positivität von Viren in Echtzeit innerhalb von Sekunden zu bestätigen, ein Prozess, der zuvor Tage für die Überprüfung benötigte", schreiben die Forschenden.
Die Entwicklung des Forscherteams, die derzeit zum Patent angemeldet wird, soll im Falle unerwarteter Infektionskrankheiten wie COVID-19 für eine schnelle Reaktion durch hochempfindliche Echtzeittests genutzt werden, um eine wahllose Verbreitung der Erreger zu verhindern.
Taeyoung Moon, Hauptautorin der Studie, unterstreicht die Bedeutung ihrer Errungenschaft mit den Worten: "Dies bringt nicht nur die wissenschaftliche Grundlagenforschung bei der Identifizierung einzigartiger Materialeigenschaften von Molekülen bis hin zu Viren voran, sondern erleichtert auch praktische Anwendungen, indem es den schnellen Nachweis eines breiten Spektrums neu auftretender Viren mit einem einzigen, maßgeschneiderten Sensor ermöglicht."
Original Paper:
Adaptive Gap-Tunable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy | Nano Letters (acs.org)
Lesen Sie dazu auch:
