Разработан новый метод обнаружения единственных молекул загрязнителей, взрывчатых или отравляющих веществ и болезнетворных организмов - «Наука и технологии»

Исследователи из Пенсильванского университета разработали новый метод обнаружения единственных молекул многих химических и биологических соединений в газообразных, жидких или твердых образцах исследуемых материалов. Этот новый метод может быть использован в аналитической химии, молекулярной медицинской диагностике, в экологическом контроле и в различных системах обеспечения безопасности. Изобретенный метод получил название SLIPSERS (Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces" (SLIPS), Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)) и его основу составляет технология рамановской спектроскопия (Raman spectroscopy).

"Реализация технологий идентификации единичных молекул в какой-либо определенной среде является достаточно трудным делом. А задача идентификации молекул, которые могут находиться в газообразной, жидкой или твердой среде, сложней первой задачи в несколько раз" - рассказывает Тaк-Син Вонг (Tak-Sing Wong), профессор из Пенсильванского университета.

На свете существует несколько методов идентификации молекул, находящихся на поверхности различных материалов, но все эти методы надежно работают, как правило, в водной среде. Технология SLIPSERS работает в любой жидкой среде, включая и жидкости органических химических соединений, что делает эту технологию подходящей для экологического контроля и обнаружения следов различных веществ в почве, воздухе или воде.

Ключевым моментом новой технологии является рамановская спектроскопии, метод анализа материалов, находящихся в воде, при помощи света лазера. Все молекулы, находящиеся в жидкости вибрируют, отражая падающий на них свет лазера. Каждая молекула определенного вида вибрирует со своим уникальным набором параметров и эта вибрация определяет уникальную частоту фотонов отраженного света, позволяя производить идентификацию этих молекул.

Однако, сигнал, переносимый отражаемым светом, достаточно слаб и его стремятся усилить любыми доступными способами. Пенсильванские ученые использовали для этого золотые наночастицы, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга. Попадающий на эти наночастицы свет лазера с определенной длиной волны производит поверхностные плазмоны, колеблющиеся облака свободных электронов. Эти плазмоны, в свою очередь, создают сильные магнитные поля в области промежутка между наночастицами. Переменные магнитные поля приводят к увеличению амплитуды колебаний находящихся там молекул, что приводит к значительному усилению "рамановского" сигнала, заключенного в фотонах отраженного света.

Следующими шагами, которые намерены предпринять ученые, станут поиски определенных биомаркеров в крови и других жидкостях тела человека, которые соответствуют проявлениям различных заболеваний. Это позволит производить диагностику заболеваний, таких как рак, на самых их ранних стадиях, тогда, когда эти заболевания еще относительно легко поддаются лечению.

"Сама технология SLIPS запатентована, но мы не собираемся получать патентную защиту на разработанную нами технологию SLIPSERS" - рассказывает профессор Вонг, - "Эта технология обещает стать одним из мощных диагностических инструментов, и мы хотим дать возможность использовать ее всем, кто в этом нуждается".