Terobosan Pencitraan Biomedis: Pulau Nano Perak Memperkuat Sinyal 10.000.000x
Para peneliti di Universitas Osaka telah mengembangkan metode baru untuk meningkatkan sinyal fluoresensi dan spektroskopi Raman menggunakan susunan acak pulau nano perak dan lapisan silika pelindung.
Terobosan ini secara signifikan memperkuat kemampuan deteksi tanpa merusak sel, sehingga menawarkan aplikasi potensial dalam pemantauan lingkungan dan diagnostik medis.
Teknik Spektroskopi Tingkat Lanjut
Para ahli biologi masa kini dapat mengeksplorasi struktur rumit di dalam sel hidup dengan peralatan yang jauh melampaui mikroskop cahaya tradisional. Teknik seperti fluoresensi dan spektroskopi Raman menjadi penting untuk memantau proses biologis secara non-invasif.
Metode ini menggunakan sumber cahaya—biasanya laser—untuk merangsang transisi elektronik dalam fluoresensi atau getaran molekul dalam spektroskopi Raman.
Tantangan dalam Metode Spektroskopi Saat Ini
Meskipun bermanfaat, teknik ini mempunyai tantangan. Tag neon dapat mengganggu fungsi sel normal, dan sinyal Raman seringkali sangat lemah. Meningkatkan kekuatan laser atau waktu pemaparan untuk memperkuat sinyal dapat merusak molekul biologis yang sensitif.
Untuk mengatasi hal ini, para peneliti telah mengembangkan versi metode ini yang disempurnakan dengan menggunakan substrat logam atau struktur nano untuk memperkuat sinyal. Namun, peningkatan ini juga dapat menimbulkan risiko terhadap integritas sel.
Terobosan dalam Peningkatan Sinyal
Kini, dalam sebuah penelitian yang dipublikasikan pada 28 Oktober di jurnal Cahaya: Sains & Aplikasipara ilmuwan dari Universitas Osaka menjelaskan metode baru untuk peningkatan fluoresensi dan sinyal Raman jangka panjang menggunakan susunan acak pulau nano Ag yang padat.
Molekul analit dipisahkan dari struktur logam menggunakan lapisan silika terstruktur kolom setebal 100 nm. Lapisan ini cukup tebal untuk melindungi molekul yang sedang dipelajari, tetapi pada saat yang sama cukup tipis untuk osilasi elektromagnetik kolektif pada lapisan logam, yang disebut plasmon, untuk memperkuat sinyal spektroskopi.
“Kami menunjukkan bahwa jangkauan pengaruh plasmon pada logam dapat melebihi 100 nanometer, jauh melampaui prediksi teori konvensional,” kata pemimpin penulis Takeo Minamikawa.
Implikasi terhadap Teknologi Biosensing
Para peneliti menunjukkan bahwa penggunaan substrat sensor biokompatibel ini dapat meningkatkan sinyal sepuluh juta kali lipat. Selain itu, karena struktur nano logam tidak pernah bersentuhan langsung dengan molekul yang diteliti, struktur nano tersebut ideal untuk sistem biologis yang dapat dirusak oleh metode konvensional.
“Stabilitas kimia dan ketahanan mekanis substrat kami membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi, termasuk deteksi polutan lingkungan atau diagnosis medis,” kata penulis senior Mitsuo Kawasaki.
Selain itu, substrat sensor dapat diproduksi dengan cepat dan dalam skala besar menggunakan teknik fabrikasi film tipis yang disebut sputtering. Hasilnya, perangkat biosensing baru bisa lebih terjangkau bila digunakan di lingkungan industri dan layanan kesehatan.
Referensi: “Peningkatan jangka panjang untuk fluoresensi dan spektroskopi Raman menggunakan pulau nano Ag yang dilindungi dengan lapisan silika terstruktur kolom” oleh Takeo Minamikawa, Reiko Sakaguchi, Yoshinori Harada, Hiroki Tanioka, Sota Inoue, Hideharu Hase, Yasuo Mori, Tetsuro Takamatsu, Yu Yamasaki , Yukihiro Morimoto, Masahiro Kawasaki dan Mitsuo Kawasaki, 28 Oktober 2024, Cahaya: Sains & Aplikasi.
DOI: 10.1038/s41377-024-01655-3
