Geautomatiseerde optische uitlijning voor biosensoren

Geautomatiseerde optische uitlijning voor fotonische biosensoren in point-of-care diagnostiek

Fotonische biosensoren worden al decennia lang ontwikkeld en tonen een gevoeligheid, betrouwbaarheid en snelheid die vergelijkbaar is met – of zelfs beter dan – conventionele technieken zoals ELISA en PCR. Succesvolle commercialisatie vereist echter niet alleen sterke prestaties, maar ook een concurrerende prijs per test en gebruiksvriendelijkheid. De kosten per test worden voornamelijk bepaald door de prijs van de wegwerpbare cartridge, die de sensorchip en bioactieve laag bevat. Door actieve componenten uit de cartridge te verwijderen, kunnen de kosten worden verlaagd. Dit introduceert echter een grote uitdaging: het nauwkeurig koppelen van licht van een bron naar de sensor en terug naar de detectoren, vooral in point-of-care toepassingen. Dit proces vereist een positioneringsnauwkeurigheid op submicron niveau.

De onderzoeksgroep Applied Nanotechnology van Saxion heeft in samenwerking met consortiumpartners binnen het RAAK MKB AutoCue-project een proof-of-concept demonstrator ontwikkeld die een passief uitlijnmechanisme combineert met een actieve fijnafstelling. De passieve uitlijning zorgt voor een hoge initiële precisie bij het plaatsen van een cartridge in het systeem, wat leidt tot een “first light”-status die verdere optimalisatie mogelijk maakt. Vervolgens passen actuatoren de vezelpositie aan om de koppelings-efficiëntie te maximaliseren, met een optimale uitlijning binnen 30 seconden.

Het systeem behaalt een signaal-ruisverhouding(SNR) van 36,5 dB. Herhaalde cartridge-invoeringen (n=10) toonden een passieve uitlijnnauwkeurigheid van 1,3 × 0,8 μm langs de optische as. Bovendien maakt deze opstelling een systematische analyse mogelijk van belangrijke factoren, zoals productietoleranties van cartridges en hun impact op uitlijnnauwkeurigheid. Onze resultaten tonen aan dat het systeem voldoet aan de eisen voor geautomatiseerde en gebruiksvriendelijke optische uitlijning, waardoor een robuuste integratie in point-of-care diagnostische platforms mogelijk wordt.

Door: Roy de Kinkelder, Gerald Ebberink, Victor Sluiter
Project: Dutch Nationaal Regieorgaan Praktijkgericht Onderzoek SIA (RAAK.MKB11.003 (AutoCue), RAAK.PRO04.035 (4PC).
Link: https://www.spie.org/photonics-west/presentation/Accurate-alignment-system-for-photonic-based-biosensor-cartridges/13369-58