Em um futuro não muito distante, as pessoas podem ter um dispositivo simples que monitora e relata indicadores de saúde, identifica até vestígios de biomarcadores indesejáveis ​​no sangue ou saliva e serve como um sistema de alerta precoce para doenças. Essa é uma das promessas da medicina personalizada.

Essa revolução tecnológica pode estar um passo mais perto, graças a uma ferramenta poderosa desenvolvida por pesquisadores do Laboratório de Sistemas BioNanoFotônicos (BIOS) da EPFL. Consiste em um aparelho ultrafino, chip ótico miniaturizado acoplado a uma câmera CMOS padrão e alimentado por análise de imagem, que conta as biomoléculas individualmente em uma amostra e determina sua localização. A pesquisa deles foi publicada em Nature Photonics .

Um sensor muito poderoso

Esta tecnologia é baseada em metasuperfícies, um desenvolvimento recente no campo da fotônica. As metassuperfícies são lâminas de materiais artificiais cobertas por milhões de elementos nanométricos dispostos de maneira especial. Em uma certa frequência, esses elementos são capazes de comprimir a luz em volumes extremamente pequenos, criando pontos de acesso ópticos ultrassensíveis.

Quando a luz brilha na metassuperfície e atinge uma molécula em um desses pontos de acesso, a molécula é detectada imediatamente. Na verdade, a molécula se entrega ao mudar o comprimento de onda da luz que a atinge.

Escaneando moléculas e tirando suas fotos

Ao brilhar luzes coloridas de diferentes cores na metassuperfície e tirar uma foto a cada vez com uma câmera CMOS, os pesquisadores são capazes de contar o número de moléculas em uma amostra e aprender exatamente o que está acontecendo no chip sensor. "Em seguida, usamos ferramentas inteligentes de ciência de dados para analisar os milhões de pixels CMOS obtidos por meio desse processo e identificar tendências, "diz Filiz Yesilkoy, o primeiro autor do artigo. "Demonstramos que podemos detectar e criar imagens não apenas de biomoléculas individuais nos pontos de acesso, mas mesmo uma única folha de grafeno com apenas um átomo de espessura. "

Levando seu trabalho um passo adiante, os pesquisadores desenvolveram uma segunda versão de seu sistema, com metassuperfícies programadas para ressoar em diferentes comprimentos de onda em diferentes regiões. "Esta técnica é mais simples, no entanto, também é menos preciso na localização das moléculas, "diz Eduardo R. Arvelo, um dos co-autores do artigo.

Hatice Altug, que dirige o laboratório BIOS e lidera o projeto na Escola de Engenharia, vê um imenso potencial no campo da ótica. "A luz possui muitos atributos - como intensidade, fase e polarização - e é capaz de atravessar o espaço. Isso significa que os sensores ópticos podem desempenhar um papel importante na abordagem dos desafios futuros - particularmente na medicina personalizada. "