Optokey, стартап из Хейворда, Калифорния, разработал миниатюрный датчик на основе рамановской спектроскопии, который может быстро и точно обнаруживать или диагностировать вещества на молекулярном уровне. «Наша система может выполнять химию, биологию, биохимию, молекулярную биологию, клиническую диагностику и химический анализ», — сказал президент и соучредитель компании Fanqing Франк Чен. «И нашу систему можно внедрить очень дешево, без особого вмешательства человека».Технология основана на спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности, методе молекулярного снятия отпечатков пальцев.
Хотя SERS является высокочувствительным аналитическим инструментом, результаты не так легко воспроизвести. Как ученый из лаборатории Беркли, Чен и его коллеги разработали решение этой проблемы, используя то, что они назвали «наноплазмонными резонаторами», которые измеряют взаимодействие фотонов с активированной поверхностью с помощью наноструктур для проведения химического и биологического зондирования.
Этот метод обеспечивает более надежные измерения.«В Optokey мы можем массово производить этот наноплазмонный резонатор в масштабе пластины», — сказал Чен. «Мы взяли кое-что из области RD и превратили это в нечто промышленное».Миниатюрные датчики используют микрожидкостную систему управления для автоматизированного отбора проб жидкости «лаборатория на чипе». При создании своих микросхем компания берет курс на полупроводниковую промышленность. «Мы используем знания, полученные при использовании высокотехнологичных методов производства полупроводников, чтобы определить стоимость, объем и точность микросхемы», — сказал вице-президент по производству Роберт Чеби, ветеран микроэлектронной промышленности, ранее работавший в Lam Research and Прикладные материалы. «Мы также используем все знания в области лазеров и оптики для этого конкретного метода на основе комбинационного рассеяния света».
Чеби называет продукт Optokey «биохимическим носом» или передовой нанофотонной автоматизированной системой с чувствительностью до уровня отдельной молекулы, которая намного превосходит сенсоры, представленные сегодня на рынке. «Сегодняшние методы обнаружения и диагностики далеки от совершенства — пределы обнаружения указаны в PPM (частей на миллион) и PPB (частей на миллиард)», — сказал он. «Кроме того, наша система может предоставлять информацию за считанные минуты или даже на постоянной основе, в отличие от других методов, которые могут занять часы или даже дни, если образцы необходимо отправить в другую лабораторию».По его словам, потенциальные области применения огромны, включая безопасность пищевых продуктов, мониторинг окружающей среды (как жидкостей, так и газов), медицинскую диагностику и химический анализ. Среди клиентов Optokey крупная европейская компания, заинтересованная в безопасности пищевых продуктов, китайская нефтехимическая компания, заинтересованная в обнаружении примесей в своих продуктах, и немецкая компания, заинтересованная в диагностике в месте оказания медицинской помощи.
«Я думаю, что мы находимся на пороге действительно важного перехода в этой области», — сказал Чен. «Продукт, который мы представляем, является компактным и автоматизированным, но также подключаемым, и его можно использовать в школах, ресторанах, фабриках, больницах, машинах скорой помощи, аэропортах и ??даже на полях сражений».Следующий рынок, на который нацелен Чен, — это умный дом, где можно создать нанофотонный датчик для поиска загрязняющих веществ не только в продуктах питания, но также в воздухе и воде.Получив образование в Национальной лаборатории Лос-Аламоса и в больнице Mount Sinai в Нью-Йоркском университете, Чен начинал как биохимик, занимающийся биомедицинскими устройствами.
После того, как он присоединился к лаборатории Беркли примерно в 2000 году, он узнал о квантовых точках, которые представляют собой нанокристаллы с особыми свойствами, и начал исследовать их использование в биологии. Это привело к дальнейшим исследованиям наноматериалов. Одним из достижений стала так называемая молекулярная линейка, состоящая из наночастиц золота, привязанных к цепям ДНК, которая с помощью плазмонного резонанса была способна измерять взаимодействия белок-ДНК.
В конечном итоге Чен и его группа разработали около 20 патентов на гибридные бионаноматериалы. Ключевым открытием, которое привело к созданию компании Optokey, стала разработка наноплазмонных резонаторов для значительного улучшения сигнала и надежности рамановской спектроскопии. Первоначально этот метод использовался в исследовательской лаборатории для быстрого и точного обнаружения биомаркера рака простаты, который имеет высокий уровень ложноположительных результатов при использовании обычных диагностических инструментов.Optokey — это частная компания, в которой работает около 10 сотрудников.
Помимо Чена, другим соучредителем является Ричард Мэтис, профессор химии Калифорнийского университета в Беркли и всемирно известный эксперт по рамановской спектроскопии. Компания была образована в 2010 году, а деятельность началась в 2013 году.
«Это было 10 лет исследований, финансируемых NIH, DARPA, федеральным правительством, частными фондами», — сказал Чен. «В Berkeley Lab действительно хорошая культура междисциплинарных исследований, отличная инженерия и очень сильная фундаментальная наука. Кроме того, она оказывает сильную поддержку стартапам».