$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Czujniki chemiczne oparte na matrycach nanootworów były przedmiotem licznych badań od czasu opublikowania pierwszego raportu na temat nadzwyczajnej transmisji optycznej (EOT) przez Ebbesen et al. w 1998 roku1. Gdy światło pada na okresowe układy struktur nanodziurowych o wymiarach poniżej długości fali, wzmocniona transmisja zachodzi przy określonych długościach fal. Dzieje się tak, gdy padające światło łączy się z polarytonem powierzchniowym fali Blocha (BW-SPP) i/lub zlokalizowanymi plazmonami powierzchniowymi (LSP)2.
Podstawowa zasada fizyczna wykorzystywana podczas biodetekcji za pomocą takich układów okresowych jest prosta. Adsorpcja cząsteczek na lub w pobliżu granicy faz metalu zmienia stałą dielektryczną ośrodka stykającego się z metalem, co z kolei przesuwa położenie pasm transmisyjnych w widmie. Samo widmo można dostosować za pomocą nanoinżynierii kształtu, rozmiaru i odległości separacji3,4,5. Z założenia czujniki oparte na EOT mają charakterystyczne pasma w swoich widmach, które ułatwiają określone przypisania6,7,8 podczas badania zdarzeń wiązania molekularnego. Jest to kluczowa przewaga nad dostępnymi na rynku platformami powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR).
Czujniki korzystające z EOT zazwyczaj wykorzystują źródło światła optycznie ustawione tak, że skolimowana wiązka pada na powierzchnię czujnika. Techniki generowania dużych powierzchni nanodziur, takie jak matryce kopolimerowe oraz litografia interferencyjna i nanosferyczna, mają słabą odtwarzalność9. Ze względu na te ograniczenia w dokładnym wytwarzaniu dużych powierzchni, które wykazują zjawisko EOT, potrzebny był mikroskop optyczny, aby prawidłowo ustawić źródło światła i detektor. Aby uprościć tę technikę, zastosowano wysokiej jakości litografię nanoimprintingową (NIL)10. Umożliwiło to produkcję dużych powierzchni czujników11 (skala mm), eliminując potrzebę korzystania z mikroskopu w celu poszukiwania powierzchni wykrywania na chipie. Zamiast tego czujnik ten można łatwo połączyć ze standardowym światłowodowym.
Ponieważ piki transmisji dla tej matrycy nanodziur są zawarte w obszarze widzialnym do bliskiej podczerwieni (NIR), doskonale nadaje się ona do wykrywania zdarzeń wiązania biomolekuł w środowisku wodnym. Przeprowadzono symulację oczekiwanego zachowania optycznego układu nanodziur. Wynik został następnie zweryfikowany w badaniach z cieczami o standardowych współczynnikach załamania światła (RI). Matryca ta została następnie wykorzystana do pomiaru stężenia sercowej troponiny I (cTnI) w złożonym tle ludzkiej surowicy. cTnI jest klinicznym złotym standardem w diagnostyce ostrego zawału mięśnia sercowego.
Za pomocą tego czujnika, możliwe jest wykrycie i ilościowe określenie cTnI w ludzkiej surowicy przy granicy wykrywalności (LOD) 0,55 ng/ml, co jest klinicznie istotne. Wykrywanie jest znacznie szybsze niż w przypadku najczęściej stosowanej technologii w tej dziedzinie, testu immunoenzymatycznego (ELISA). Co więcej, powierzchnia pomiarowa może być łatwo zregenerowana, a tym samym ponownie wykorzystana. W związku z tym prace te pokazują, że matryce nanodziur są obiecujące jako realna technologia przyłóżkowa (POC) do biodetekcji w złożonych płynach biologicznych.