Miniatuurlaser op chip maakt laboratoriumtests mogelijk buiten het lab

Onderzoekers van de Chalmers University of Technology hebben een nieuwe lasertechnologie ontwikkeld waarmee zeer compacte biosensoren mogelijk worden. Door lasers en optica te integreren op een halfgeleiderchip van slechts één centimeter kan diagnostische apparatuur drastisch worden verkleind. Het doel: medische tests die nu in het laboratorium plaatsvinden, in de toekomst ook bij patiënten thuis uitvoeren.

De technologie kan onder meer worden ingezet voor het analyseren van interacties tussen biomoleculen, zoals antilichamen en antigenen. Zulke metingen zijn essentieel voor het ontwikkelen van medicijnen en vaccins, maar ook voor het opsporen van infecties.

Biosensor gebaseerd op lichtreflectie

Veel van dit soort analyses maken gebruik van optische biosensoren die werken volgens het principe van surface-plasmon resonance (SPR). Daarbij wordt licht onder een zeer specifieke hoek op een goudoppervlak gericht. Wanneer biomoleculen zich aan dat oppervlak binden, verandert de reflectie van het licht minimaal – en juist die verandering kan worden gemeten.

Tot nu toe vereiste deze techniek echter relatief grote en complexe optische opstellingen. Prismasystemen en andere optische componenten moeten nauwkeurig worden uitgelijnd, waardoor de apparatuur omvangrijk en lastig te integreren is.

Het onderzoeksteam van Chalmers heeft daarom een andere aanpak gekozen: ze integreren zowel de laserbron als de benodigde optische structuren direct op een chip.

Honderden lasers op één chip

De ontwikkelde chip bevat honderden microscopische lasers. Elke laser meet ongeveer 200 × 250 micrometer, slechts enkele keren dikker dan een mensenhaar. De optica die nodig is om de laserbundel onder de juiste hoek te vormen, is geïntegreerd in het chipontwerp zelf.

Volgens promovendus Erik Strandberg, hoofdauteur van de studie, is dit een belangrijke stap richting sterk geminiaturiseerde meetinstrumenten. Door lasers en optica samen op een halfgeleiderchip te integreren kunnen biosensoren veel kleiner en lichter worden – klein genoeg om in de hand te houden. Bovendien maakt deze integratie massaproductie mogelijk, wat de kosten van de technologie kan verlagen.

Diagnostiek buiten het laboratorium

Een van de toepassingen waar de onderzoekers momenteel naar kijken is het meten van C-reactief proteïne (CRP), een biomarker die vaak wordt gebruikt om ontstekingen in het lichaam te detecteren. Als dergelijke tests buiten het ziekenhuis kunnen plaatsvinden, zou dat patiënten eerder naar huis kunnen laten gaan en het aantal ziekenhuisbezoeken verminderen.

Volgens onderzoeker Hana Jungová ligt de volgende stap in het verbeteren van de gevoeligheid van de sensor en het vergroten van het aantal monsters dat tegelijkertijd kan worden geanalyseerd. Uiteindelijk moet het systeem uitgroeien tot een draagbaar apparaat dat zonder specialistische training kan worden gebruikt.

Naar draagbare biotechnologie

De miniaturisatie van optische biosensoren past in een bredere trend waarbij geavanceerde laboratoriumtechnologie steeds vaker wordt vertaald naar compacte, draagbare systemen. Door complexe optica en lichtbronnen op één chip te integreren, kan diagnostische apparatuur niet alleen kleiner maar ook robuuster en energiezuiniger worden.

Als het onderzoek succesvol verder wordt ontwikkeld, kan de technologie bijdragen aan een nieuwe generatie point-of-care sensoren – en mogelijk zelfs thuistests – gebaseerd op geavanceerde fotonica.

⚠️ Geen vacatures gevonden.