Специалисты Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) и Института биоорганической химии им. академиков Шемякина и Овчинникова РАН совместно с коллегами из Университета Экс-Марселя (Франция) и Университета Манчестера (Великобритания) предложили концепцию гиперчувствительных сенсорных преобразователей («фурье-нанопреобразователей»), которая обещает революцию для ультрачувствительного контроля в биомедицине и множестве других сфер. Результаты опубликованы в престижном научном журнале Advanced Functional Materials.

Фурье-нанопреобразователи — однослойные архитектуры наноэлементов золота, выложенных на поверхности в виде нанопериодических структур так, что их освещение приводит к возбуждению плазмонов (электромагнитно-связанных коллективных колебаний свободных электронов) в металлической системе.

Фурье-нанопреобразователи и 2D-материал

Фурье-нанопреобразователи и 2D-материал

Эти преобразователи уникальны тем, что могут концентрировать электрическое поле световой волны в тончайшем слое и таким образом считывать информацию о его оптических свойствах, а затем передавать ее (в отраженном или дифрагированном световых лучах) в виде специально закодированных соотношений фаз световой волны, сообщил научный руководитель Инженерно-физического института биомедицины НИЯУ МИФИ Андрей Кабашин:

«Подобный способ концентрации поля световой волны, кодирования и передачи фазовой информации позволяет добиться беспрецедентной чувствительности системы к изменению оптических характеристик сверхтонких слоев, включая атомарные слои 2D-материалов и молекулярные слои биоматериалов на поверхности биосенсоров».

По словам ученого, гиперчувствительность предложенных нанопреобразователей показана в регистрации ферроэлектрического эффекта от атомарного слоя диселенида молибдена (MoS₂, аналог знаменитого графена). Ученые называют факт регистрации столь тонкого эффекта с атомарного слоя беспрецедентным и открывающим совершенно новые горизонты для исследований 2D-материалов.

Другим примером гиперчувствительности стала новая методика детектирования антибиотика хлорамфеникола, востребованного в медицине и пищевой индустрии. Контроль его концентрации в продуктах питания чрезвычайно важен, так как превышение провоцирует онкологические и сердечные заболевания.

Исследования показали, что благодаря фурье-нанопреобразователям предел обнаружения антибиотика повышается как минимум в 1000 раз по сравнению с иными подходами. Их эффективность прогнозируют во множестве направлений — например, ранняя диагностика опасных болезней, ультрачувствительный допинг-контроль, контроль за продуктами питания и окружающей средой.