В первом отчетном году проекта были разработаны численные модели дизайна металинз, составленных из наноразмерных наноструктур на волноводе (металинзы на чипе). Данный тип металинз может использоваться для сбора сигнала одиночных флуоресцентных молекул при создании дизайна числовой апертуры порядка 1. Путем деления металинзы на функциональные сегменты удалось продемонстрировать численную модель двух-длинноволновой интегральной металинзы для одновременной накачки и сбора флуоресценции в широком диапазоне длин волн. Для изготовления наноструктур были созданы компьютерные схемы металинз, загружаемые в коммерческие электронные литографы. Методом электронной литографии и прямого травления получены опытные образцы металинз на основе наноструктур аморфного кремния на стеклянной пластине и волноводах и продемонстрирована их способность фокусировать свет. Чипы, содержащие металинзы, были созданы для торцевого канала ввода и вертикального через дифракционные решетки, чтобы начать отработку эффективного ввода излучения в чип. Металинзы на стеклянной пластине будут в дальнейшем совмещены с оптоволокнами для переноски сенсора в пределах длины волокна без потери чувствительности. Был проведен монтаж и юстировка конфокального микроскопа с зеленым лазером, способного детектировать одиночные молекулы в качестве эталонной платформы для тестирования работоспособности портативного сенсора. В дальнейшем планируется создание конфокального микроскопа с накачкой в красной области и разрешением менее 500 нм. Были получены данные флуоресцентной корреляционной спектроскопии одиночных молекул AF555 и наночастиц различных размеров, диффундирующих в водном растворе через фокальный объем объектива. Демонстрация возможности детектирования одиночных молекул на созданном конфокальном микроскопе открывает возможности для тестирования опытных образцов металинз. В дальнейшем будут апробироваться на экспериментальной базе, которая была дополнена в лаборатории, подходы по использованию металинз для детектирования биомолекул, включая меченные биомаркеры заболеваний. Такие подходы планируется использовать для переносных сверхчувствительных сенсоров одиночных молекул для медицины и экологического контроля.
Цель проекта:
Cозданиt портативного и компактного устройства на основе металинзы, способного детектировать сигнал флуоресценции одиночных диффундирующих объектов в водном растворе. Данное устройство будет представлять собой предварительный прототип портативных биосенсоров нового типа для диагностики.
Задачи проекта:
- проведение численного моделирования работоспособности интегральных металинз на волноводах, с учетом возможностей центров нанофабрикации и сотрудничающих лабораторий;
- создание интегральной схемы с каналом ввода/вывода излучения и металинзами для фокусирования лазерного излучения, а также сбора сигнала фотолюминесценции и рассеяния диффундирующих наночастиц и молекул;
- юстировка оптического конфокального микроскопа с временным разрешением и счетчиками одиночных фотонов для проведения флуоресцентной корреляционной спектроскопии диффундирующих одиночных молекул и наночастиц с помощью объемной оптики;
- использование оптической установки для тестирования работоспособности интегральной металинзы и детектирования флуоресценции и рассеяния света диффундирующих наночастиц, флуоресцентных меток, одиночных биомаркеров заболеваний;
- изучение возможности мультиплексного детектирования флуоресценции на основе нескольких каналов с интегральными металинзами, а также тестирования работоспособности устройства при движении.