Biossensores integrados a smartphones, relógios inteligentes e outros dispositivos estão prestes a se tornar uma realidade. Em artigo publicado na capa da edição de janeiro da Sensores , pesquisadores do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou descrevem uma maneira de aumentar a sensibilidade dos detectores biológicos a ponto de poderem ser usados ​​em dispositivos móveis e vestíveis.

Um biossensor é um dispositivo eletroquímico que determina a composição de fluidos biológicos em tempo real. Os medidores de glicose no sangue usados ​​por pacientes diabéticos podem muito bem ser os únicos dispositivos de biossensor do mercado de massa em uso hoje. Mas os futurologistas dizem que os eletrodomésticos em breve serão capazes de analisar o suor, saliva, humor aquoso, e outros fluidos corporais para identificar uma pessoa, fazer exames médicos, diagnosticar doenças, ou monitorar continuamente a saúde de um indivíduo e fazer sugestões de dieta ideais de acordo.

Até recentemente, tais aplicações não foram seriamente consideradas, porque os dispositivos disponíveis não eram sensíveis o suficiente e eram proibitivamente caros para o mercado consumidor. Contudo, pode ser que um avanço esteja para acontecer. Uma equipe de pesquisadores do Centro MIPT para Fotônica e Materiais 2-D propôs um projeto de biossensor radicalmente novo, o que poderia aumentar a sensibilidade do detector muitas vezes e oferecer uma redução de preço igualmente impressionante.

"Um biossensor convencional incorpora um ressonador de anel e um guia de ondas posicionado no mesmo plano, "explicou o estudante de pós-graduação do MIPT, Kirill Voronin, do Laboratório de Nanoóptica e Plasmônica, quem teve a ideia utilizada no estudo. "Decidimos separar os dois elementos e colocá-los em dois planos diferentes, com o anel acima do guia de ondas. "

A razão pela qual os pesquisadores não testaram o layout do sensor antes é que a fabricação de um plano, dispositivo de nível único é mais fácil em um ambiente de laboratório. Ao depositar uma película fina e gravá-la, um ressonador de anel e um guia de ondas são produzidos ao mesmo tempo. O projeto alternativo de dois níveis é menos conveniente para a fabricação de dispositivos experimentais exclusivos, mas ficou mais barato para sensores de produção em massa. A razão para isso é que os processos tecnológicos em uma fábrica de eletrônicos são voltados para a colocação de componentes ativos camada por camada.

Mais importante, o novo design de biossensor de duas camadas resultou em uma sensibilidade muitas vezes maior.

Um biossensor opera registrando as pequenas mudanças no índice de refração em sua superfície, que são causados ​​pela adsorção de moléculas orgânicas. Essas variações são detectadas por meio de um ressonador cujas condições de ressonância dependem do índice de refração do meio externo. Uma vez que mesmo as menores flutuações no índice de refração causam uma mudança significativa de pico ressonante, um biossensor responde a quase todas as moléculas que pousam em sua superfície.

"Posicionamos o guia de onda sob o ressonador, no dielétrico bruto, "disse o co-autor do artigo Aleksey Arsenin, um dos principais pesquisadores do Laboratório de Nanoótica e Plasmônica do MIPT. "O ressonador, por sua vez, está na interface entre o substrato dielétrico e o ambiente externo. Ao otimizar os índices de refração das duas mídias circundantes, alcançamos uma sensibilidade significativamente maior. "

O layout do biossensor recentemente proposto tem a fonte e o detector de luz dentro do dielétrico. A única parte que fica do lado de fora é o elemento sensível. Isso é, o anel de ouro tem várias dezenas de micrômetros de diâmetro e um milésimo de espessura (fig. 1).

De acordo com Voronin, o método da equipe para tornar os biossensores mais responsivos levará a tecnologia a um nível qualitativamente novo. "O novo layout tem como objetivo tornar os biossensores muito mais fáceis de fabricar, e, portanto, mais barato, "disse o físico." A litografia óptica é a única técnica necessária para produzir detectores baseados em nosso princípio. Nenhuma peça móvel está envolvida, e um laser sintonizável operando em uma faixa de frequência restrita será suficiente. "

Valentyn Volkov, que dirige o Centro MIPT de Fotônica e Materiais 2-D, estima que levará cerca de três anos para desenvolver um desenho industrial baseado na tecnologia proposta.