Увеличена чувствительность плазмонного биосенсора

Российские физики с физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова и Российского квантового центра (РКЦ, Сколково) совместно с коллегами из Политехнического института Лозанны (Швейцария) создали плазмонный биосенсор, чувствительность которого значительно выше благодаря новому типу его структуры. Результаты исследований опубликованы в журнале Scientific Reports.

Плазмонные биосенсоры являются на сегодняшний день одними из наиболее эффективных инструментов для исследования биомолекулярных взаимодействий, детектирования определенных химических или биологических соединений и микроорганизмов. Они дают возможность детектировать молекулы, бактерии, клеточные органеллы и т.д. с концентрацией менее 1 нг/мл. В зависимости от нанесенной на сенсор адсорбционно-селективной среды сенсор может использоваться для детектирования разных веществ. Именно это обуславливает разнообразие областей, в которых в настоящее время применяется более 100 типов оптических биосенсоров, начиная от медицинской диагностики и биологических исследований, заканчивая мониторингом окружающей среды, проверкой качества и безопасности еды.

«В статье представлен новый тип структуры для плазмонных биосенсоров на поверхностных волнах. Биосенсоры нового типа содержат фотонно-кристаллические, магнитные и диэлектрические слои. В данной структуре реализуются сверхдобротные магнитоплазмонные резонансы, за счет чего значительно увеличивается чувствительность сенсора. Структура была протестирована при работе с различными газами», — комментирует результаты работы доцент кафедры фотоники и физики микроволн физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Владимир Белотелов.

Особенностью предложенной структуры, позволившей получить значительный выигрыш в чувствительности сенсора, является комбинация сразу двух перспективных подходов. С одной стороны, за счет фотонного кристалла со специально подобранными параметрами реализуется возбуждение длиннопробежного плазмон-поляритона. С другой стороны, исследуется более добротный магнитооптический резонанс вместо резонанса в отражении. В результате представленная структура имеет рекордную для магнитоплазмонных структур добротность и позволяет получить значительный выигрыш в чувствительности.

Плазмонные биосенсоры с новой структурой были изготовлены в сотрудничестве с Политехническим институтом Лозанны (Швейцария). Под руководством доц. Владимира Белотелова были проведены экспериментальные исследования структур и тестирование их в качестве сенсора (Григорий Князев, МГУ и Павел Капралов, Российский квантовый центр, Сколково), а также численное моделирование (Дарья Игнатьева, МГУ).

«Повышение чувствительности плазмонных сенсоров имеет огромное значение, особенно в областях фармакологии, медицинской диагностики и биологических исследований», — говорит Владимир Белотелов.