Large-Scale Functionalized Metasurface-Based SARS-CoV-2 Detection and Quantification

等离子体子 生物传感器 材料科学 纳米技术 光电子学 表面等离子共振 微流控 诺共振 纳米传感器 表面等离子体子 纳米颗粒
作者
Rajib Ahmed,Carlos F. Guimarães,Jie Wang,Fernando Soto,Asma H. Karim,Zhaowei Zhang,Rui L. Reis,Demir Akin,Ramasamy Paulmurugan,Utkan Demirci
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 15946-15958 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c02500
摘要

Plasmonic metasurfaces consist of metal-dielectric interfaces that are excitable at background and leakage resonant modes. The sharp and plasmonic excitation profile of metal-free electrons on metasurfaces at the nanoscale can be used for practical applications in diverse fields, including optoelectronics, energy harvesting, and biosensing. Currently, Fano resonant metasurface fabrication processes for biosensor applications are costly, need clean room access, and involve limited small-scale surface areas that are not easy for accurate sample placement. Here, we leverage the large-scale active area with uniform surface patterns present on optical disc-based metasurfaces as a cost-effective method to excite asymmetric plasmonic modes, enabling tunable optical Fano resonance interfacing with a microfluidic channel for multiple target detection in the visible wavelength range. We engineered plasmonic metasurfaces for biosensing through efficient layer-by-layer surface functionalization toward real-time measurement of target binding at the molecular scale. Further, we demonstrated the quantitative detection of antibodies, proteins, and the whole viral particles of SARS-CoV-2 with a high sensitivity and specificity, even distinguishing it from similar RNA viruses such as influenza and MERS. This cost-effective plasmonic metasurface platform offers a small-scale light-manipulation system, presenting considerable potential for fast, real-time detection of SARS-CoV-2 and pathogens in resource-limited settings.
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