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    Sensores nanofotônicos de alta sensibilidade com captura passiva de moléculas de analito em pontos quentes
    p Acima:esquema do projeto do sensor óptico com moléculas presas. Abaixo:esquema mostrando o processo de concentração e captura de moléculas em uma solução. Crédito:Xianglong Miao, Lingyue Yan, Yun Wu e Peter Q. Liu

    p Sensores ópticos podem analisar quantitativamente amostras químicas e biológicas medindo e processando os sinais ópticos produzidos pelas amostras. Sensores ópticos baseados em espectroscopia de absorção infravermelha podem atingir alta sensibilidade e seletividade em tempo real, e, portanto, desempenham um papel crucial em uma variedade de áreas de aplicação, como sensoriamento ambiental, diagnósticos médicos, controle de processos industriais e segurança interna. p Em um novo artigo publicado em Luz:Ciência e Aplicações, uma equipe de cientistas, liderado pelo Dr. Peter Q. Liu do Departamento de Engenharia Elétrica, a Universidade Estadual de Nova York em Buffalo, demonstraram um novo tipo de sensor óptico de alto desempenho que pode utilizar a tensão superficial do líquido para concentrar e aprisionar moléculas de analito nos locais mais sensíveis da estrutura do dispositivo, e, portanto, aumentar significativamente o desempenho de sensibilidade. Com base em uma estrutura de sanduíche metal-isolante-metal que também apresenta trincheiras em escala nanométrica, o sensor pode reter e concentrar passivamente uma solução de analito nessas minúsculas valas enquanto a solução gradualmente evapora na superfície do sensor, e, eventualmente, aprisionar as moléculas de analito precipitadas dentro dessas trincheiras. Como a intensidade da luz também é altamente aprimorada nessas trincheiras por design, a interação entre a luz e as moléculas de analito aprisionadas é drasticamente aumentada, levando a um sinal óptico prontamente detectável (isto é, mudanças no espectro de absorção de luz), mesmo ao nível de picograma da massa do analito.

    p Em geral, diferentes espécies moleculares absorvem luz infravermelha em diferentes frequências, e, portanto, pode-se identificar e quantificar as moléculas detectadas, analisando as linhas de absorção observadas no espectro. Embora essa absorção molecular seja intrinsecamente fraca, sensores ópticos podem aumentar drasticamente a absorção molecular, empregando nanoestruturas adequadas na superfície do dispositivo para confinar a luz em volumes muito pequenos (os chamados pontos quentes), o que leva a uma intensidade de luz muito grande. Ao fazer isso, cada molécula nos pontos quentes pode absorver muito mais luz em um determinado intervalo de tempo do que uma molécula fora dos pontos quentes, o que torna possível medir quantidades muito baixas de substâncias químicas ou biológicas com alta confiabilidade, se houver moléculas suficientes localizadas nos pontos quentes. Esta abordagem geral também é chamada de absorção de infravermelho intensificada por superfície (SEIRA).

    p Contudo, um problema chave para a maioria dos sensores ópticos SEIRA é que os pontos quentes ocupam apenas uma pequena porção de toda a área da superfície do dispositivo. Por outro lado, as moléculas de analito são geralmente distribuídas aleatoriamente na superfície do dispositivo, e, portanto, apenas uma pequena fração de todas as moléculas de analito estão localizadas nos pontos quentes e contribuem para o aumento da absorção de luz. "O sinal SEIRA seria muito maior se a maioria das moléculas de analito pudessem ser distribuídas nos pontos quentes de um sensor óptico. Esta é a principal motivação do design de nosso sensor óptico." Dr. Liu disse.

    p “Existem técnicas, como pinças ópticas e dieletroforese, que pode manipular pequenas partículas ou mesmo moléculas e entregá-los a locais-alvo, como os pontos quentes. Contudo, essas técnicas requerem uma quantidade significativa de entrada de energia e também são complicadas de utilizar. "Dr. Liu acrescentou, "O que pretendemos explorar é uma estrutura de dispositivo que pode capturar moléculas de analito precipitadas de uma solução para os pontos quentes de forma passiva (sem necessidade de entrada de energia) e eficaz, e percebemos que podemos fazer uso da tensão superficial do líquido para atingir esse objetivo. "

    p Além da demonstração de detecção de biomolécula de alta sensibilidade, a equipe também conduziu outro conjunto de experimentos, que mostrou que o mesmo tipo de estrutura de dispositivo também alcançou o aprisionamento eficaz de partículas de lipossoma (dimensão característica de ~ 100 nm) nas pequenas trincheiras. Isso significa que esses sensores ópticos podem ser otimizados para detectar e analisar nanoobjetos, como vírus ou exossomos, que têm tamanhos semelhantes aos dos lipossomas usados ​​nas experiências.

    p Os cientistas acreditam que a estratégia de design de sensor óptico SEIRA demonstrada pode ser aplicada a outros tipos de sensores ópticos também. Além de aplicações de detecção, tais estruturas de dispositivos também podem ser usadas para manipular objetos em nanoescala, incluindo exossomos, vírus e pontos quânticos.


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