A radiação em frequências terahertz (comprimentos de onda entre 0,03 e 0,3 mm) pode ser usada com sucesso para analisar a dinâmica estrutural da água e biomoléculas. Mas aplicar a técnica a soluções aquosas e tecidos continua desafiador, já que a radiação terahertz (THz) é fortemente absorvida pela água. Embora essa absorção permita certas análises, como a estrutura da água e suas interações com solutos biológicos, limita a espessura das amostras que podem ser analisadas, e abafa os sinais mais fracos das biomoléculas de interesse. A forte absorção da radiação THz na água apresentou um gargalo impedindo a radiação THz de revelar processos biofísicos e bioquímicos nas profundezas dos tecidos.

Para superar essas limitações, uma equipe de pesquisa liderada por Zhen Tian e Jiao Li na Universidade de Tianjin desenvolveu recentemente um método para analisar amostras ricas em água por meio da optoacústica THz no domínio do tempo. Conforme relatado em Fotônica Avançada , o novo sistema permite a detecção optoacústica THz no domínio do tempo de amostras ricas em água, tais como soluções aquosas e tecidos. O sinal optoacústico da água pode ser amortecido pela alteração da temperatura para permitir a detecção sensível de outras moléculas de interesse.

Detecção e amortecimento de água com base na optoacústica THz

A optoacústica THz no domínio do tempo demonstrada é um avanço que permite a detecção precisa e não destrutiva de sinais optoacústicos em amostras ricas em água com espessura de 104 vezes, variando de mícrons a centímetros (102 vezes maior do que os métodos tradicionais de detecção de THz, como espectroscopia de domínio de tempo THz). A equipe obteve com sucesso os sinais optoacústicos THz no domínio do tempo da água em diferentes amostras de fantomas de ágar-em-água, bio-tecidos, e soluções aquosas com diferentes solutos.

Ao ajustar a temperatura para alterar o sinal optoacústico THz da água, melhoraram a sensibilidade com que pode ser analisado. Por outro lado, o sinal de água pode ser reduzido ou até silenciado.

As vantagens biomédicas são claras. De acordo com os autores, "Ao manipular sinais optoacústicos THz de um fundo aquoso, podemos alcançar sensibilidade aprimorada de forma única para quantificação livre de rótulo de íons, em concentrações que atingem os níveis do corpo humano. "O método relatado atinge uma ordem de magnitude maior de sensibilidade do que os sistemas de espectroscopia THz disponíveis no mercado.

Ferramenta poderosa para espectroscopia

Os autores observam que este novo método optoacústico THz pode ser estendido ao estudo de outras moléculas e tecidos biológicos, como açúcares, proteínas, DNA, e RNA. Parâmetros adicionais de temperatura e concentração relacionados à absorção de THz e propagação ultrassônica podem ser fornecidos pela optoacústica THz no domínio do tempo, potencialmente contribuindo para estudos de propriedades biológicas e químicas, como o número de hidratação de soluções iônicas.

Uma nova ferramenta poderosa para espectroscopia, A optoacústica THz abre possibilidades para soluções aquosas de imagem e tecidos para investigar interações moleculares e processos bioquímicos. Zhen Tian diz, "Nosso objetivo é inspirar pesquisas de longo prazo em espectroscopia e imagens THz, a fim de aproveitar a biofísica, estrutural, e percepções funcionais que não podem ser obtidas usando radiação de outras frequências. "

Leia o artigo de pesquisa de acesso aberto de Jiao Li et al, "Optoacústica de terahertz no domínio do tempo:detecção e amortecimento manipuláveis ​​da água."