En terahertz-antenne i nanoformat, opbygget af protein fra silke og belagt med guld, viser sig at have egenskaber, der kan bruges i dagligdags medicin. For eksempel til automatisk måling af blodsukkerniveauet hos diabetes-patienter. Silkeprotein er nemlig vævsvenligt, så det kan implanteres i menneskekroppen.

Det kan hurtigt fastslås, at sådan en antenne er usædvanlig i sin konstruktion. Denne er konstrueret i såkaldt metamateriale som de fleste kun kender af omtale.

Metamaterialer er kunstigt frembragte blandingsstoffer, oftest elektrisk ledende, der i kraft af deres struktur udviser mærkelige, fysiske egenskaber. For eksempel har forskere i fuldt alvor forsøgt at gøre en genstand usynlig ved at omslutte den med et metamateriale, der bøjer lyset rundt om genstanden og lader det passere, som om der ingen genstand er.

Nu har forskere ved Tufts University School of Engineering i Massachusetts og Boston University udviklet et særligt metamateriale, der er bio-kompatibelt og som dermed kan bruges til biosensorer.

»Det virkeligt spændende ved metamaterialer er muligheden af at konstruere materialer med en bruger-designet elektromagnetisk reaktion ved en nøjagtigt styret frekvens. Det åbner døren for nye elektromagnetiske egenskaber såsom negativ refraktivt indeks, perfekte linser, perfekte absorbere og usynlighedskapper,« forklarer professor i ingeniør-biomedicin, Fiorenzo Omenetto i en pressemeddelelse.

Silke-metal blandingen, som forskerholdet har fremstillet, har resonansfrekvens i terahertz-området. I det område har mange kemiske og biologiske stoffer et unikt "fingeraftryk", altså et frekvens-mønster, der nemt kan genkendes. Dermed er der mulighed for at bruge stoffet som biosensor.

Silkeproteinet er i sig selv helt gennemsigtigt i terahertz-området. Antennerne fremkommer først, når forskerne sprayer guld på silken i et særligt mønster, der giver den rette struktur til et metamateriale.

Hver sensor har et areal på cirka en kvadratcentimeter. På det areal er cirka 10.000 guld-resonatorer med en egenfrekvens, der afhænger af faconen på den stencil, der sprayes igennem.

Ifølge Firenzo Omenetto vil det være muligt at dope silke-substratet med forud bestemte proteiner eller enzymer, og på den måde metamaterialet til at reagere på tilstedeværelsen af sådanne proteiner eller enzymer. Mulighederne for anvendelser er meget store.

For at demonstrere konceptet, har forskerne prøvet at implantere en antenne i noget muskelvæv for at se, om de elektromagnetiske egenskaber forandrede sig. Det gjorde de ikke, og dermed bør det være muligt at konstruere implantater, der kan holde øje med for eksempel, hvor godt medicinen breder sig fra en hjerte-stent med indbygget medicindosering. Eller insulin-niveauet i en diabetes-patient.

Forskningsresultatet er offentliggjort i 21. juli-nummeret af Advanced Materials.