p Usando ressonadores microscópicos de luz de polímero que se expandem na presença de gases específicos, pesquisadores do Laboratório de Fotônica Quântica do MIT desenvolveram novos sensores ópticos com níveis de detecção previstos na faixa de partes por bilhão. Sensores ópticos são ideais para detectar concentrações de gases traço devido à sua alta relação sinal-ruído, compactar, natureza leve, e imunidade a interferências eletromagnéticas. p Embora outros sensores ópticos de gás tenham sido desenvolvidos antes, a equipe do MIT concebeu uma ferramenta extremamente sensível, forma compacta para detectar pequenas quantidades de moléculas alvo. Eles descrevem sua nova abordagem no jornal Cartas de Física Aplicada .

p Os pesquisadores fabricaram cavidades de cristal fotônico em escala de comprimento de onda de PMMA, um polímero barato e flexível que incha quando entra em contato com um gás alvo. O polímero é infundido com corante fluorescente, que emite seletivamente no comprimento de onda ressonante da cavidade por meio de um processo denominado efeito Purcell. Nesta ressonância, uma cor específica de luz reflete para frente e para trás alguns milhares de vezes antes de eventualmente vazar. Um filtro espectral detecta esta pequena mudança de cor, que pode ocorrer até mesmo no inchaço de nível sub-nanométrico da cavidade, e por sua vez, revela a concentração de gás.

p "Esses polímeros são frequentemente usados ​​como revestimentos de outros materiais, então eles são abundantes e seguros de manusear. Por causa de sua deformação em resposta a substâncias bioquímicas, sensores de cavidade feitos inteiramente deste polímero conduzem a um sensor com resposta mais rápida e sensibilidade muito maior, "disse Hannah Clevenson. Clevenson é um estudante de doutorado no departamento de engenharia elétrica e ciência da computação do MIT, que liderou o esforço experimental no laboratório do investigador principal Dirk Englund.

p O PMMA pode ser tratado para interagir especificamente com uma ampla gama de diferentes produtos químicos alvo, tornando o projeto do sensor da equipe do MIT altamente versátil. Há uma ampla gama de aplicações potenciais para o sensor, disse Clevenson, "do sensoriamento industrial em grandes fábricas de produtos químicos para aplicações de segurança, para a detecção ambiental no campo, para aplicações de segurança interna para detecção de gases tóxicos, para ambientes médicos, onde o polímero pode ser tratado para anticorpos específicos. "

p Os filmes finos de polímero PMMA, que têm 400 nanômetros de espessura, são padronizados com estruturas com 8-10 micrômetros de comprimento por 600 nanômetros de largura e suspensas no ar. Em um experimento, os filmes foram embutidos em papel de seda, o que permitiu que 80 por cento dos sensores fossem suspensos sobre as lacunas de ar no papel. Cercar o filme PMMA com ar é importante, Clevenson disse, tanto porque permite que o dispositivo inche quando exposto ao gás alvo, e porque as propriedades ópticas do ar permitem que o dispositivo seja projetado para capturar a luz que viaja no filme de polímero.

p A equipe descobriu que esses sensores são facilmente reutilizáveis, uma vez que o polímero encolhe de volta ao seu comprimento original, uma vez que o gás alvo foi removido.

p A sensibilidade experimental atual dos dispositivos é de 10 partes por milhão, mas a equipe prevê que com mais refinamento, eles podiam detectar gases com níveis de concentração de parte por bilhão.