Istraživački tim predvođen profesorom Junsukom Rhom s POSTECH-a u Južnoj Koreji razvio je metasurface biosenzor koji biomolekule detektira isključivo snimanjem kamere, bez spektrometra i širokopojasnog izvora svjetla. Rad je objavljen u časopisu Nature Communications, a uz POSTECH sudjelovale su i skupine profesora Hyomina Leeja te Yong-Sanga Ryua s Korejskog sveučilišta.
Dosadašnja optička biosenzorika zapela je na jednoj praktičnoj prepreci: da bi se izmjerila sitna promjena indeksa loma kada se ciljna molekula veže na površinu senzora, potreban je visokorezolucijski spektrometar. Ti su instrumenti glomazni, skupi i vezani uz laboratorije i bolnice. Zato su precizna mjerenja ostala zatvorena tamo gdje ih većina pacijenata nikada neće vidjeti.
Klavir umjesto spektrometra
Korejski tim okrenuo je logiku naglavce. Umjesto da mjeri spektar, senzor pretvara spektralnu informaciju u prostornu — ono što je nekad bio valni signal, sada je pozicija na slici.
Srce tehnologije je kontinuirana geometrijski gradijentna metasurface. Nanostrukture na čipu postupno mijenjaju geometriju duž jedne osi, pa različita mjesta rezoniraju na različitim valnim duljinama. Kada se površina osvijetli kompaktnim laserom jedne valne duljine, u snimci se pojavi tamna linija na mjestu gdje se lokalna rezonancija poklopi s laserom. Vezanje biomolekula pomakne rezonanciju, tamna linija se pomakne — i taj se pomak očita kamerom.
U području širokom oko 300 mikrometara, otprilike koliko nekoliko ljudskih vlasi jedna uz drugu, sustav istovremeno postiže širok raspon detekcije i spektralnu rezoluciju od približno 0,1 nanometra. Eksperimenti s proteinima i DNK pokazali su detekciju u koncentracijama od nekoliko stotina pikomolara, uz sposobnost prepoznavanja točno određenih sekvenci DNK.
Jeftino za koga
Rho tvrdi da rad pokazuje kako se visoka optička osjetljivost metasurfacea može spojiti s jednostavnošću snimanja i tako zaobići ključna ograničenja spektrometarskih biosenzora. Platforma, kaže, ima potencijal izrasti u kompaktnu i jeftinu tehnologiju za dijagnostiku na mjestu skrbi — testiranje zaraznih bolesti, detekciju tumorskih biomarkera, genetsku analizu i biopsiju tekućine.
No upravo tu počinje ono što izvještaj o istraživanju prešućuje. Tehnologija koja ukida potrebu za spektrometrom u laboratoriju ne ukida i pitanje vlasništva nad patentom, licencom i proizvodnjom čipa. Ako završi u rukama nekoliko globalnih korporacija, cijena dijagnostike neće pasti — samo će se premjestiti s bolničkog odjela na karticu osiguranja ili na račun pacijenta.
To nije teorija. Isti obrazac već smo vidjeli s PCR testovima tijekom pandemije: tehnologija je postojala desetljećima, bila relativno jeftina za izradu, a cijena testa na tržištu dosezala je iznose koji s troškom proizvodnje nisu imali nikakve veze. Miniaturizacija sama po sebi ne znači dostupnost.
Ostaje i pitanje koje nitko od istraživača nije postavio: ako se dijagnostika doista preseli u ordinaciju opće prakse i u domove pacijenata, kome će pripadati podaci s tih snimaka? Slika tamne linije na čipu je medicinski podatak, a takvi podaci u današnjem svijetu vrijede više od samog uređaja.