p O professor universitário de física aplicada Stephen Arnold e sua equipe da Escola de Engenharia Tandon da Universidade de Nova York fizeram uma descoberta que pode levar a dispositivos biossensores semelhantes a Star Trek, capazes de sinalizar a presença mínima no sangue de um vírus ou anticorpo específico, ou marcador de proteína para um câncer específico; ou farejar agentes de guerra química aerotransportados enquanto eles ainda estão muito abaixo dos níveis tóxicos. p A descoberta segue anos de trabalho inovador de Arnold, que em 1995 descobriu que uma fibra óptica poderia excitar o que ele chamou de Whispering Gallery Mode (WGM) em micro-contas de polímero com menos de um terço do diâmetro de um cabelo humano. Outras descobertas e patentes levaram a biossensores WGM capazes de medir a massa de vírus, proteínas e outras nanopartículas, enviando-as para uma órbita semelhante a uma nave espacial em torno da microesfera, graças a um "feixe trator" fotônico causado pela luz ressonante. Arnold e colaboradores, então, desenvolveram uma maneira de tornar esses biossensores WGM sensíveis o suficiente para identificar até mesmo as menores bio-partículas individuais do vírus de RNA MS2 para moléculas individuais até 6 zepto-gramas (10–21 gramas), abaixo da massa de todos os marcadores de câncer conhecidos. Muitas empresas, incluindo Genalyte, empregam biossensores WGM em produtos de diagnóstico que podem realizar dezenas de bioensaios em minutos.

p Agora, Arnold e sua equipe do Laboratório de MicroPartículas Fotofísicas para BioFotônica (MP3L) da Tandon da NYU são os primeiros a encontrar uma maneira de determinar a densidade de cargas em uma área da superfície de uma microesfera WGM, bem como a carga de uma nanopartícula ou vírus enlaçado, medindo como a frequência da luz flutua à medida que a partícula minúscula segue seu curso instável ao redor da esfera. Esta descoberta pode permitir que pesquisadores e fabricantes não apenas identifiquem nanopartículas, mas para manipulá-los.

p Arnold, que também é membro do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Othmer-Jacobs da NYU, e seus colegas pesquisadores, incluindo Jehovani Lopez, Tesoureiro Eshan, Kaitlynn Snyder, e David Keng, publicou recentemente suas descobertas em Cartas de Física Aplicada .

p O biossensor WGM, que Arnold nomeou em homenagem à famosa Whispering Gallery na cúpula da Catedral de São Paulo em Londres, é um dispositivo do tamanho de um pequeno smartphone que compreende um laser sintonizável guiado por um filamento de fibra óptica especialmente tratado com um detector na extremidade do filamento medindo a intensidade e a ressonância da luz. Um minúsculo grânulo de sílica próximo ao filamento desvia uma parte do feixe de luz, que começa a ressoar dentro da conta da mesma forma que o som ressoa sob a cúpula da galeria da igreja que dá nome ao fenômeno.

p Enquanto a capacidade do biossensor WGM de identificar nanopartículas individuais levou a capacidades de medição altamente sensíveis, A última descoberta de Arnold pode tornar possíveis biossensores adaptados para aplicações muito específicas, de sensores vestíveis para soldados e equipes de resgate projetados para detectar concentrações extremamente baixas de um agente nervoso suspeito no ar, para formas de aumentar a eficiência de absorção e redistribuição de nanopartículas de drogas.

p "A carga controla a capacidade de transportar partículas que estão interagindo com células e outros objetos que possuem campos elétricos, "disse ele." Ao determinar a carga de um vírus, por exemplo, você pode entender como ele pode ser transportado para a superfície da célula. Você precisa entender esse mecanismo para projetar uma microesfera WGM que tem um antígeno específico em uma região específica de sua superfície para que o biossensor possa atrair patógenos específicos ou outras biomoléculas. "

p Arnold e a equipe do MP3L foram capazes de extrair a força eletrostática entre a nanopartícula em órbita e a superfície do cordão de vidro por meio de experimentos baseados na observação de que o fenômeno nanoorbital requer um equilíbrio próximo entre a força eletrostática e a força do raio trator óptico conhecido , assim como uma balança equilibra a força de uma mola com o peso do seu corpo.

p "A diferença na força da força que está sendo medida é extraordinariamente pequena, "disse Arnold, que explicou que a força eletrostática medida envolvida em manter uma nanopartícula em órbita foi de apenas 0,00000000000003 (3x10 ^-14 ) libras. "Com essa força em mãos, tanto a carga da nanopartícula quanto a densidade da carga da microcavidade puderam ser calculadas por meio de uma série de experimentos."

p A próxima equipe planeja usar a descoberta para desenvolver tecnologia para "impressão fotônica, "a capacidade de criar rapidamente vários biossensores WGM para tarefas específicas, com moléculas específicas ligadas a áreas específicas do micro-grânulo.