Kompaktní senzor s povrchovými plazmony pro detekci chemických a biologických látek

Rok: 2008

doc. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.

V posledních dvou desetiletích je na celém světě věnována velká pozornost výzkumu a vývoji optických biosenzorů a biočipů [1]. Bezznačkové optické biosenzory umožňují přímé sledování molekulárních interakcí v reálném čase a rychlou a citlivou detekci molekulárních látek bez použití fluorescenčních či radioaktivních značek. Biosenzory založené na rezonanci povrchových plazmonů (surface plasmon resonance - SPR) představují jednu z nejrozvinutějších bezznačkových senzorických technologií s potenciálem pro využití v oblastech jako jsou genomika, proteomika, lékařská diagnostika, monitorování životního prostředí, analýza potravin, zemědělství a bezpečnost [2, 3]. Současné SPR senzory jsou však nákladné, velké a komplexní přístroje a jejich využití je omezeno na centralizované laboratoře.

V Ústavu fotoniky a elektroniky AVČR, v.v.i. (ÚFE) jsme vyvinuli novou metodu spektroskopie povrchových plazmonů [3, 4], která umožňuje konstrukci velmi citlivých a přitom jednoduchých a mobilních SPR biosenzorů. Tato metoda je založena na současné excitaci povrchových plazmonů na speciální difrakční mřížce zlatem pokryté pomocí druhého řádu difrakce a detekci SPR optického signálu v prvním difrakčním řádu [4]. První generace kompaktního SPR senzoru využívající tuto novou metodu je znázorněna na obr. 1. Senzor se skládá z miniaturní mikrofluidické kazety obsahující speciální difrakční mřížku a kompaktního optického systému, který “čte“ data z šesti nezávislých měřících kanálů v kazetě. Experimenty prokázaly, že tento nový senzor je schopen měřit změny indexu lomu 3×10−7 a detekovat nukleové kyseliny v koncentracích nižších než 200 pM [5]. Na využití této nové senzorické technologie uzavřel ÚFE licenční smlouvu s Phenogenomics Corporation (USA).

1. Homola, J.: Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species, Chemical Reviews. Sv. 108, (2008), s. 462-493.
2. Homola, J., Yee, S. S., Myszka, D.: Surface plasmon biosensors, in Optical Biosensors: Today and Tomorrow, editors F. S. Ligler, C. R. Taitt, Elsevier, (2008), s. 185-242.
3. Taylor, A. D., Ladd, J., Homola, J., Jiang, S.: Surface Plasmon Resonance (SPR) Sensors for the Detection of Bacterial Pathogens, in Principles of Bacterial Detection: Biosensors, Recognition Receptors and Microsystems, editors M. Zourob, S. Elwary, A. Turner, Springer, (2008), s. 81-106.
4. Homola, J., Telezhnikova, O., Dostálek, J.: Způsob spektroskopie povrchových plazmonů pro senzory s povrchovými plazmony a senzorový element k provádění tohoto způsobu, Patent ČR # 299489, 2008.
5. Piliarik, M., Vala, M., Tichý, I., Homola, J.: Compact and low-cost biosensor based on novel approach to spectroscopy of surface plasmons, Biosensors & Bioelectronics, in print, doi: 10.1016/j.bios. 2008.11.003.