p Uma técnica que combina a ultrassensibilidade do espalhamento Raman intensificado pela superfície (SERS) com uma superfície escorregadia inventada por pesquisadores da Penn State tornará viável a detecção de moléculas únicas de uma série de espécies químicas e biológicas de gases, amostras líquidas ou sólidas. Esta combinação de superfície escorregadia e espectroscopia baseada em laser abrirá novas aplicações em química analítica, diagnóstico molecular, monitoramento ambiental e segurança nacional. p Os pesquisadores, liderado por Tak-Sing Wong, professor assistente de engenharia mecânica e professor de início de carreira da família Wormley em engenharia, chame sua invenção de SLIPSERS, que é uma combinação das superfícies porosas com infusão de líquido escorregadia de Wong (SLIPS), uma superfície de inspiração biológica baseada na planta asiática de jarro, e SERS.

p "Temos tentado desenvolver uma plataforma de sensor que nos permite detectar produtos químicos ou biomoléculas em um nível de molécula única, estejam eles dispersos no ar, fase líquida, ou ligado a um sólido, "Wong disse." Ser capaz de identificar uma única molécula já é muito difícil. Ser capaz de detectar essas moléculas em todas as três fases, isso é realmente desafiador. "

p Wong precisava da ajuda do colega de pós-doutorado Shikuan Yang para combinar SERS e SLIPS em um único processo. Yang foi treinado em espectroscopia Raman no laboratório de caracterização do Instituto de Pesquisa de Materiais da Penn State. Sua experiência na técnica SERS e o conhecimento de Wong sobre SLIPS permitiram que eles desenvolvessem a tecnologia SLIPSERS. O trabalho deles apareceu online em 31 de dezembro, 2015 na Proceedings of the National Academy of Sciences .

p A espectroscopia Raman é um método bem conhecido de análise de materiais na forma líquida usando um laser para interagir com as moléculas vibratórias na amostra. A vibração única da molécula muda a frequência dos fótons no feixe de luz laser para cima ou para baixo de uma forma que é característica apenas desse tipo de molécula. Tipicamente, o sinal Raman é muito fraco e deve ser aprimorado de alguma forma para detecção. Na década de 1970, os pesquisadores descobriram que tornar áspero quimicamente a superfície de um substrato de prata concentrou o sinal Raman do material adsorvido na prata, e nasceu a SERS.

p Wong desenvolveu o SLIPS como pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Harvard. O SLIPS é composto por uma superfície revestida com matrizes regulares de postes em nanoescala infundidos com um lubrificante líquido que não se mistura com outros líquidos. O pequeno espaçamento dos nanoposts aprisiona o líquido entre os postes e o resultado é uma superfície escorregadia na qual nada adere.

p "O problema é que tentar encontrar algumas moléculas em um meio líquido é como tentar encontrar uma agulha em um palheiro, "Disse Wong." Mas se pudermos desenvolver um processo para diminuir gradualmente o tamanho desse volume de líquido, podemos obter um sinal melhor. Para isso, precisamos de uma superfície que permita que o líquido evapore uniformemente até atingir a micro ou nanoescala. Outras superfícies não podem fazer isso, e é aí que entra o SLIPS. "

p Se uma gota de líquido for colocada em qualquer superfície normal, começará a encolher de cima para baixo. Quando o líquido evapora, as moléculas alvo são deixadas em configurações aleatórias com sinais fracos. Mas se todas as moléculas podem ser agrupadas entre as nanopartículas de ouro, eles produzirão um sinal raman muito forte.

p "Primeiro, precisamos usar nanopartículas condutoras, como ouro, "Shikuan Yang explicou." E então temos que montá-los para que façam lacunas em nanoescala entre as partículas, chamados pontos quentes. As moléculas se ligam às lacunas e um campo eletromagnético muito forte se forma. Se tivermos um laser com o comprimento de onda correto, os elétrons oscilarão e um forte campo magnético se formará na área da lacuna. Isso nos dá um sinal muito forte. "

p Embora existam outras técnicas que permitem aos pesquisadores concentrar moléculas em uma superfície, essas técnicas funcionam principalmente com água como meio. SLIPS pode ser usado com qualquer líquido orgânico.

p "Nossa técnica abre possibilidades maiores para as pessoas usarem outros tipos de solventes para fazer a detecção SERS de molécula única, como detecção ambiental em amostras de solo, "Yang disse." Se você só pode usar água, isso é muito limitante. "Em biologia, os pesquisadores podem querer detectar uma incompatibilidade de um único par de bases no DNA. Nossa plataforma vai dar a eles essa sensibilidade. "

p Uma das próximas etapas será detectar biomarcadores no sangue para o diagnóstico de doenças nos estágios iniciais do câncer, quando a doença é mais facilmente tratável.

p “Detectamos uma proteína comum, mas não detectei câncer ainda, "Yang disse.

p Embora a tecnologia SLIPS seja patenteada e licenciada, a equipe não buscou proteção de patente em seu trabalho SLIPSERS.

p "Acreditamos que oferecer esta tecnologia ao público fará com que ela seja desenvolvida em um ritmo muito mais rápido, "disse o professor Wong." Esta é uma plataforma poderosa da qual acreditamos que muitas pessoas se beneficiarão. "