p (Phys.org) - Biossensores ópticos livres de rótulos permitem o monitoramento de biomoléculas e suas interações em ensaios diagnósticos frequentemente altamente sensíveis. Vários métodos têm sido empregados para este fim, incluindo o biosenseamento do Whispering Gallery Mode (WGM), que oferece uma abordagem particularmente sensível para quantificar a carga de massa de biomoléculas na superfície do ressonador com a sensibilidade final estimada no nível de uma única molécula. O biossensor WGM mais simples é uma microesfera de vidro (normalmente de 50–100 mm de diâmetro) onde a luz ressonante permanece confinada pela reflexão interna total. p Os sensores WGM derivam sua sensibilidade sem precedentes do uso de ressonâncias ópticas de fator de alta qualidade (fator Q) para monitorar sinais de deslocamento de comprimento de onda após a ligação de biomoléculas ou nanopérolas à superfície do ressonador. Até mesmo um único vírus pode ser detectado. Ainda, se, por exemplo uma única molécula de proteína deve ser detectada, a sensibilidade deve ser aumentada. Tem havido várias abordagens, como a geração de pontos quentes usando um conceito de sensor híbrido fotônico-plasmônico com uma camada de nanopartículas de ouro (NP) acoplada a um biossensor WGM. Contudo, existem algumas desvantagens:primeiro, as medições não podem ser feitas diretamente na solução. Segundo, a análise em tempo real não é possível, uma vez que as proteínas precisam ser pré-adsorvidas nas NPs. Terceiro, as proteínas são adsorvidas aleatoriamente dentro da camada NP - fora dos locais de realce do campo plasmônico - o que diminui a sensibilidade de detecção.
p Uma equipe germano-americana liderada por Frank Vollmer e Melik C. Demirel agora propõe um conceito alternativo para superar esses problemas:o aprisionamento óptico de moléculas de proteína nos locais de realces do campo plasmônico em uma camada NP dourada aleatória. A integração estável do biossensor WGM da microesfera com uma camada NP de ouro umedecida é crítica para alcançar a detecção ultrassensível. Portanto, a cavidade da microesfera de sílica permanece fixa na camada Au NP. O fator Q da microesfera cai ligeiramente, mas ainda está na faixa de 105. Depois de adicionar solução de albumina de soro bovino (BSA) em microlitros de volumes de amostra, que entra na camada NP por sucção capilar, os pesquisadores observaram uma mudança significativa e inesperada no comprimento de onda.
p A sensibilidade alcançada na ordem dos níveis de concentração de femtomol foi muito surpreendente, e não pode ser explicado pela ligação aleatória das moléculas de BSA à superfície NP. Em vez de, os cientistas levantaram a hipótese de que as moléculas de proteína preferem se ligar a locais de hotspot (ou seja, NPs aleatórios bem espaçados) de ressonâncias plasmônicas excitadas na camada de NP devido ao aprisionamento óptico. Para validar esta hipótese, eles calcularam a distribuição do campo eletromagnético em uma camada modelo NP usando a teoria de Mie generalizada e simularam a mudança de comprimento de onda esperada devido à ligação de proteínas. Seus cálculos mostraram que, na verdade, O aprisionamento óptico das proteínas em locais de hotspot plasmônico altamente sensível é essencial para alcançar alta sensibilidade no biossensorio da microcavidade.
p A sensibilidade alcançada na ordem dos níveis de concentração de femtomol foi muito surpreendente, e não pode ser explicado pela ligação aleatória das moléculas de BSA à superfície NP. Em vez de, os cientistas levantaram a hipótese de que as moléculas de proteína preferem se ligar a locais de hotspot (ou seja, NPs aleatórios bem espaçados) de ressonâncias plasmônicas excitadas na camada de NP devido ao aprisionamento óptico. Para validar esta hipótese, eles calcularam a distribuição do campo eletromagnético em uma camada modelo NP usando a teoria de Mie generalizada e simularam a mudança de comprimento de onda esperada devido à ligação de proteínas. Seus cálculos mostraram que, na verdade, O aprisionamento óptico das proteínas em locais de hotspot plasmônico altamente sensível é essencial para alcançar alta sensibilidade no biossensorio da microcavidade.
p O time, consistindo de cientistas da Pennsylvania State University (EUA), na BASF SE (Ludwigshafen, Alemanha), o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (Cambridge, EUA), e o Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (Erlangen, Alemanha), estabeleceu uma nova rota promissora para a resolução de molécula única em biossensores WGM acoplados a nanoantenas plasmônicas aleatórias ou projetadas. Usar uma camada NP aleatória tem a vantagem de integração a um dispositivo microfluídico, e os NPs de ouro podem ser facilmente funcionalizados com elementos de reconhecimento, como oligonucleotídeos ou proteínas. A abordagem pode ser de interesse para muitas áreas, incluindo biossensorio médico e triagem de drogas.
