Os códigos de barras óticos permitem a detecção e o rastreamento por meio de impressões digitais espectrais exclusivas. Eles têm sido amplamente aplicados em áreas que vão desde bioensaios multiplexados e marcação de células até combate à falsificação e segurança. Yu-Cheng Chen, do Bio + Intelligent Photonics Laboratory da Nanyang Technological University, observa que o conceito de códigos de barras ópticos normalmente se refere a um padrão espectral fixo correspondente a um único alvo.

"Códigos de barras ópticos não têm a capacidade de caracterizar mudanças dinâmicas em resposta aos analitos ao longo do tempo, "diz Chen. Graças à pesquisa de Chen, isso está prestes a mudar.

O grupo de Chen desenvolveu recentemente códigos de barras dinâmicos biorresponsivos, introdução do conceito de transferência de energia de ressonância na interface da microcavidade. Conforme relatado em Fotônica Avançada , a equipe demonstrou o código de barras experimentalmente para detectar moléculas em uma gota. A energia radiativa de uma única microgotícula é transferida para as biomoléculas de ligação, converter informações biomoleculares dinâmicas em mais de trilhões de códigos de barras fotônicos distintos.

Transferência de energia radiativa aprimorada por cavidade

O sistema é baseado em um ressonador de modo de galeria silenciosa (WGMR). A maioria dos WGMRs é classificada como passiva. Como tal, eles requerem acoplamento de onda evanescente e operam com base em mudanças de modo induzidas por perturbações. "Em contraste, "explica Chen, "ressonadores ativos que utilizam o analito como meio de ganho podem suportar excitação e coleta em espaço livre para adquirir mais informações biológicas dos sinais de emissão."

De acordo com Chen, o problema ao considerar a detecção molecular é o fator de ocupação do modo do analito fora da cavidade:está a apenas alguns décimos de dentro da cavidade, levando a um fator Q efetivo reduzido e uma relação sinal-ruído insatisfatória. O conceito de transferência de energia ressonante separa moléculas doadoras e moléculas aceitadoras na interface da cavidade, onde ocorre a transferência de energia radiativa. A transferência de energia radiativa é acompanhada por radiação eletromagnética (ao contrário da transferência de energia de ressonância de fluorescência não radiativa convencional, conhecido como FRET). Por causa dessa radiação, a transferência de energia pode ocorrer mesmo em situações em que o doador e o aceitador estão separados.

"Na presença de mecanismos de aumento da cavidade, transferência eficiente de energia e acoplamento entre doadores e aceitadores pode levar a interações de luz-matéria aprimoradas e relação sinal-ruído, "diz Chen.

O sistema desenvolvido tira vantagem de um efeito pelo qual a alta concentração de corante (doador) dentro da microgotícula desencadeia uma transferência de energia aprimorada pela cavidade para excitar as moléculas (aceitadoras) ligadas à interface da cavidade.

"Quando as biomoléculas se ligam à interface da cavidade, o número de moléculas de ligação altera a quantidade de transferência de energia, resultando em picos de emissão de fluorescência modulados distintos, ", diz Chen. O código de barras espectral dinâmico foi alcançado por uma melhoria significativa na razão sinal-ruído após a ligação às moléculas-alvo.

De acordo com os autores, este sistema de codificação biomolecular ilumina um farol para interação intermolecular em tempo real e pode aumentar muito a complexidade de um sistema de codificação. Eles acreditam que o conceito pode ser amplamente aplicado em muitas aplicações de biossensor e criptografia óptica.