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微小光学デバイスが高度画像解析でバイオ分子を個別計数

パーソナライズド医療の約束は、各人の健康レベルを把握し、血液や唾液中の望ましくないバイオマーカーを微量でも特定し、疾病の早期警戒システムとして機能するシンプルなデバイスにあります。

標準CMOSカメラと連携し、画像解析で駆動される超薄型微小光学チップからなるデバイスが開発されました。これはサンプル中のバイオ分子を一つ一つ計数し、その位置を特定できます。

技術はメタサーフェスベースです。特殊な方法で配置された数百万のナノサイズ要素で覆われた人工材料シートです。特定周波数で、これら要素は光を極めて小さな体積に絞り込み、超高感度光学「ホットスポット」を生成します。光がメタサーフェスに照射され、ホットスポット上の分子に当たると、分子は即座に検知されます。実際、分子は当たった光の波長を変化させることで自らを露見させます。

メタサーフェスに異なる色の光を当て、CMOSカメラで毎回撮影することで、研究者たちはサンプル中の分子数を計数し、センサーチップ上で何が起きているかを正確に把握できます。スマートデータサイエンスツールで、このプロセスで得られる数百万CMOSピクセルを解析し、傾向を特定します。研究者たちはホットスポット上の個々のバイオ分子だけでなく、単一原子層グラフェンシートの検知・撮像も実証しました。

メタサーフェスを異なる領域で異なる波長に共振するようプログラムした第二版システムも開発されました。この手法はよりシンプルですが、分子位置特定精度はやや劣ります。

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