Plataforma de detecção inovadora libera sensibilidade ultra-alta em sensores convencionais
Plataforma de detecção de fase aprimorada por EP. Crédito:Avanços da Ciência (2024). DOI:10.1126/sciadv.adl5037 Os sensores ópticos servem como espinha dorsal de numerosos empreendimentos científicos e tecnológicos, desde a detecção de ondas gravitacionais até a geração de imagens de tecidos biológicos para diagnósticos médicos. Esses sensores usam luz para detectar mudanças nas propriedades do ambiente que estão monitorando, incluindo biomarcadores químicos e propriedades físicas como temperatura. Um desafio persistente na detecção óptica tem sido o aumento da sensibilidade para detectar sinais fracos em meio ao ruído.
Uma nova pesquisa de Lan Yang, professor Edwin H. e Florence G. Skinner do Departamento de Engenharia Elétrica e de Sistemas Preston M. Green da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. ) para detecção óptica avançada. Em um estudo publicado em 5 de abril na revista Science Advances , Yang e o primeiro autor Wenbo Mao, um estudante de doutorado no laboratório de Yang, mostraram que esses EPs únicos - condições específicas em sistemas onde fenômenos ópticos extraordinários podem ocorrer - podem ser implantados em sensores convencionais para alcançar uma sensibilidade impressionante às perturbações ambientais.
Yang e Mao desenvolveram uma plataforma de detecção aprimorada por EP que supera as limitações das abordagens anteriores. Ao contrário dos métodos tradicionais que exigem modificações no próprio sensor, seu sistema inovador apresenta uma unidade de controle EP que pode ser conectada a sensores externos fisicamente separados. Esta configuração permite que os EPs sejam sintonizados apenas através de ajustes na unidade de controle, permitindo sensibilidade ultra-alta sem a necessidade de modificações complexas no sensor.
"Implementamos uma nova plataforma que pode transmitir aprimoramento de EP a sensores ópticos convencionais", disse Yang. "Este sistema representa uma extensão revolucionária da detecção aprimorada por EP, expandindo significativamente sua aplicabilidade e universalidade. Qualquer sensor sensível a fase pode adquirir sensibilidade aprimorada e limite de detecção reduzido conectando-se a esta configuração. Simplesmente ajustando a unidade de controle, esta configuração EP pode adaptar-se a vários cenários de detecção, como detecção ambiental, monitoramento de saúde e imagens biomédicas."
Ao dissociar as funções de detecção e controlo, Yang e Mao contornaram efectivamente os rigorosos requisitos físicos para a operação de sensores nos EPs que até agora impediram a sua adopção generalizada. Isto abre caminho para que o aprimoramento EP seja aplicado a uma ampla gama de sensores convencionais – incluindo ressonadores de anel, sensores térmicos e magnéticos e sensores que captam vibrações ou detectam perturbações em biomarcadores – melhorando enormemente o limite de detecção dos sensores que os cientistas já estão usando . Com a unidade de controle configurada para um EP, o sensor pode operar de maneira diferente – não em um EP – e ainda assim colher os benefícios do aprimoramento do EP.
Como prova de conceito, a equipe de Yang testou o limite de detecção de um sistema, ou a capacidade de detectar perturbações fracas no ruído do sistema. Eles demonstraram uma redução de seis vezes no limite de detecção de um sensor usando sua configuração aprimorada por EP em comparação com o sensor convencional.
“Com este trabalho, mostramos que podemos melhorar significativamente a nossa capacidade de detectar perturbações com sinais fracos”, disse Mao. "Agora estamos focados em levar essa teoria para aplicações amplas. Estou especificamente focado em aplicações médicas, especialmente trabalhando para aprimorar a detecção magnética, que poderia ser usada para melhorar a tecnologia de ressonância magnética. Atualmente, as ressonâncias magnéticas exigem uma sala inteira com controle cuidadoso de temperatura . Nossa plataforma EP poderia ser usada para aprimorar a detecção magnética para permitir ressonância magnética portátil à beira do leito."
