Os cientistas projetaram um dispositivo ultra-miniaturizado que pode gerar imagens de células individuais diretamente sem a necessidade de um microscópio ou possibilitar a análise química de impressões digitais a partir de um smartphone.

O dispositivo, feito de um único nanofio 1000 vezes mais fino que um cabelo humano, é o menor espectrômetro já projetado. Pode ser usado em aplicações potenciais, como avaliação do frescor de alimentos, a qualidade dos medicamentos, ou mesmo identificando objetos falsificados, tudo a partir de uma câmera de smartphone. Os detalhes são relatados no jornal Ciência .

No século 17, Isaac Newton, através de suas observações sobre a divisão da luz por um prisma, semeou as sementes para um novo campo da ciência que estuda as interações entre a luz e a matéria - a espectroscopia. Hoje, Os espectrômetros ópticos são ferramentas essenciais na indústria e em quase todos os campos da pesquisa científica. Através da análise das características da luz, espectrômetros podem nos dizer sobre os processos dentro das nebulosas galácticas, milhões de anos-luz de distância, até as características das moléculas de proteína.

Contudo, mesmo agora, a maioria dos espectrômetros é baseada em princípios semelhantes aos que Newton demonstrou com seu prisma:a separação espacial da luz em diferentes componentes espectrais. Essa base limita fundamentalmente o tamanho dos espectrômetros em relação a isso:eles são geralmente volumosos e complexos, e é difícil encolher para tamanhos muito menores do que uma moeda. Quatrocentos anos depois de Newton, Os pesquisadores da Universidade de Cambridge superaram esse desafio para produzir um sistema até mil vezes menor do que os relatados anteriormente.

A equipe de Cambridge, trabalhando com colegas do Reino Unido, China e Finlândia, usou um nanofio cuja composição de material varia ao longo de seu comprimento, permitindo que ele responda a diferentes cores de luz em todo o espectro visível. Usando técnicas semelhantes às usadas para a fabricação de chips de computador, eles então criaram uma série de seções responsivas à luz neste nanofio.

"Projetamos um nanofio que nos permite livrar-nos dos elementos dispersivos, como um prisma, produzindo um muito mais simples, sistema ultra-miniaturizado do que os espectrômetros convencionais podem permitir, "disse o primeiro autor Zongyin Yang do Cambridge Graphene Center." As respostas individuais que obtemos das seções de nanofios podem então ser alimentadas diretamente em um algoritmo de computador para reconstruir o espectro de luz incidente. "

"Quando você tira uma foto, as informações armazenadas em pixels são geralmente limitadas a apenas três componentes - vermelho, verde, e azul, "disse o co-primeiro autor Tom Albrow-Owen." Com nosso dispositivo, cada pixel contém pontos de dados de todo o espectro visível, assim, podemos adquirir informações detalhadas muito além das cores que nossos olhos podem perceber. Isso pode nos dizer, por exemplo, sobre processos químicos que ocorrem no quadro da imagem. "

"Nossa abordagem pode permitir a miniaturização sem precedentes de dispositivos espectroscópicos, a ponto de poder vê-los incorporados diretamente em smartphones, trazendo tecnologias analíticas poderosas do laboratório para a palma de nossas mãos, "disse o Dr. Tawfique Hasan, quem conduziu o estudo.

Um dos usos potenciais mais promissores do nanofio poderia ser na biologia. Uma vez que o dispositivo é tão pequeno, pode obter imagens de células individuais diretamente sem a necessidade de um microscópio. E ao contrário de outras técnicas de bioimagem, as informações obtidas pelo espectrômetro de nanofios contêm uma análise detalhada da impressão digital química de cada pixel.

Os pesquisadores esperam que a plataforma que eles criaram possa levar a uma geração inteiramente nova de espectrômetros ultracompactos trabalhando desde o ultravioleta até o infravermelho. Essas tecnologias podem ser usadas para uma ampla gama de consumidores, pesquisa e aplicações industriais, inclusive em sistemas lab-on-a-chip, implantes biológicos, e dispositivos vestíveis inteligentes.

A equipe de Cambridge registrou uma patente sobre a tecnologia, e espera ver aplicações reais nos próximos cinco anos.