Kunnen vlindervleugels helpen om COVID-19 sneller te detecteren?

Een internationaal team, geleid door de Swinburne University of Technology en de Australian National University (ANU), heeft een baanbrekende ontdekking gedaan die mogelijk kan leiden tot snellere, nauwkeurigere moleculaire of virustests, ook voor COVID-19.

De onderzoekers lieten zich inspireren door hoe licht wordt geconcentreerd in vlindervleugels en hebben een nieuwe manier ontdekt om licht op een chip te concentreren, die een krachtig potentieel heeft voor moleculaire of virusdetectie.

Het team wordt mede geleid door professor Baohua Jia, directeur van Swinburne’s Centre for Translational Atomaterials, en hoofd van het Nonlinear Physics Centre van de ANU, Distinguished Professor Yuri Kivshar. Samen hebben ze een van de meest hardnekkige uitdagingen opgelost in de studie en engineering van licht op nanoschaal (bekend als nanofotonica): lichtveldverbetering op nanoschaal. Kortom, hoe je enorme lichtenergie kunt produceren op een minuscule schaal.

Hun ontdekking maakt het mogelijk om ultracompacte sensorchips te maken. Dit zijn de grootte van 100 micron (voor de context, dat is de grootte van een haarlok) met een ongekende gevoeligheid voor het detecteren van ziekteverwekkers.

Het biedt enorme voordelen, waaronder snellere en nauwkeurigere moleculaire detectie in bloed en speeksel. Dit zou ons vermogen om virussen te testen en op te sporen enorm verbeteren, waardoor de kans op overdracht van besmettelijke virussen door de gemeenschap wordt verkleind. En het zou ook een belangrijke rol kunnen spelen in de preventieve gezondheid door een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop overtollige suikers en andere anomalieën in het bloed worden gedetecteerd.

Vlindervleugels, die de doorbraak inspireerden, zijn opgebouwd uit duizenden lagen kleine schubben. Wanneer licht een vlindervleugel raakt, reist het door die lagen en elke laag heeft een concentrerend effect.

“We moeten altijd leren van de natuur. In dit werk creëert door de natuur geïnspireerde innovatie de oplossing voor deze uitdaging”, zegt Distinguished Professor Yuri Kivshar van ANU, die samen met professor Baohua Jia uit Swinburne het onderzoek leidde.

Dus gingen de onderzoekers aan de slag met het ontwerpen en fabriceren van een nanofotonische chip die de structuur van een Bicyclus-vlindervleugel nabootste. 3D laser nanoprinting vond plaats in Swinburne’s Advanced Manufacturing and Design Centre. Met de chip in de hand legden ze er een testmonster op en ontdekten dat ze het onmogelijke hadden bereikt: ze hadden een manier ontdekt om ruimte en tijd te manipuleren om het licht precies te concentreren zoals ze wilden.

Omdat geconcentreerd licht de kracht heeft om minder pathogene cellen op te pikken, betekent dit dat alles tot in de puntjes kan worden teruggebracht: wachttijden, steekproefomvang en testmateriaal. Met minder verspilling is het ook een duurzaamheidswinst.

“We denken dat deze doorbraak nieuwe mogelijkheden en kansen in dit hele veld zal brengen”, voegt Dr. Yao Liang, de eerste auteur van deze studie, toe.

“We zijn blij dat we de ‘mission impossible’ op dit gebied hebben gedaan”, zegt Dr. Han Lin.

“We kijken ernaar uit om in de nabije toekomst meer toepassingen op basis van deze technologie te ontwikkelen”, voegt professor Baohua Jia toe.