Fig.1 Diagrama esquemático e fotografia do chip bioquímico de terahertz (THz) recém-desenvolvido. O chip é feito de GaAs, um cristal óptico não linear, e é composto por cinco unidades de metamateriais e um único microcanal na superfície. Ao irradiar com um laser de femtosegundo da superfície traseira do cristal, uma fonte de luz de ponto THz é gerada para interagir com a solução. Crédito:Kazunori Serita
Cientistas do Instituto de Engenharia a Laser da Universidade de Osaka criaram um protótipo de sistema de espectroscopia óptica terahertz com uma área de detecção equivalente à área da seção transversal de apenas cinco cabelos humanos. Ao medir a mudança no comprimento de onda de transmitância de pico de uma fonte de radiação terahertz, a concentração de até mesmo traços de contaminantes dissolvidos em uma pequena gota de água pode ser medida. Este trabalho pode levar a sensores portáteis para aplicações como detecção precoce de doenças, desenvolvimento de medicamentos e monitoramento da poluição da água.
A tecnologia lab-on-a-chip é uma área de pesquisa empolgante. A capacidade de testar amostras de pacientes à beira do leito ou monitorar a qualidade da água em campo com um dispositivo de monitoramento portátil é muito atraente. No entanto, alcançar uma forte sensibilidade à concentração de analitos alvo de interesse pode ser difícil, especialmente quando as amostras consistem em volumes muito pequenos de líquido.
Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Osaka usou uma fonte de radiação de terahertz proprietária em um chip microfluídico contendo uma estrutura de metamaterial para quantificar a quantidade de vestígios de contaminação na água. “Usando este sistema de laboratório em um chip, podemos detectar mudanças minúsculas na concentração de traços de etanol, glicose ou minerais na água, medindo a mudança nas frequências de ressonância”, diz o primeiro autor Kazunori Serita.
Fig.2 Gráficos do deslocamento da frequência de ressonância em função da concentração mineral em 85 picolitros de água. Observando a magnitude do desvio da frequência de ressonância da água pura, o soluto pode ser detectado com uma sensibilidade de 472 átomos. Crédito:Kazunori Serita
O design I consiste em uma tira metálica com uma folga do tamanho de um micrômetro ensanduichada por outras tiras metálicas. Ele é periodicamente organizado em uma fileira de cinco unidades, que formavam uma espécie de "meta-átomo", no qual a transmitância óptica de pico variava com base na presença de vestígios de contaminação por moléculas dissolvidas. Este dispositivo é uma aplicação da tecnologia de fonte point terahertz desenvolvida anteriormente na Universidade de Osaka. A tiny source of terahertz light was generated by the irradiation spot of a femtosecond-pulse laser beam that induces a tightly confined electric-field mode at the gap regions. It then modifies the resonance frequency when a microchannel fabricated in the space between the metallic strips is filled with the sample solution.
"We succeeded in detecting just 472 attomoles of solutes in solutions with volumes of less than 100 picoliters, which is an order of magnitude better than existing microfluidic chips," senior author Masayoshi Tonouchi says. This work can lead to significant improvements in portable sensing, both in terms of sensitivity and the amount of liquid required.
The study is published in the
Journal of Physics:Photonics .
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