Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Sistemas Optoeletrônicos e Microtecnologia da Universidade Politécnica de Madrid (UPM) projetou um biossensor capaz de identificar proteínas e peptídeos em quantidades tão baixas quanto uma única monocamada. Para isso, uma onda acústica de superfície (SAW), uma espécie de nano terremoto controlado eletricamente em um chip, é gerada com um transdutor integrado para atuar sobre uma pilha de materiais 2D revestidos com as biomoléculas a serem detectadas.



Como relatam na revista Biosensors and Bioelectronics em um artigo intitulado "Sensor plasmônico de grafeno acionado por ondas acústicas de superfície para impressão digital de biocamadas ultrafinas até o limite da monocamada", o SAW ondularia a superfície de uma pilha baseada em grafeno de tal forma que confinaria a luz infravermelha média para volumes muito pequenos, melhorando as interações luz-matéria em nanoescala.

Em particular, quasipartículas que são parte luz (fótons) e parte matéria (elétrons e vibrações de rede), chamadas polaritons plasmon-fônon de superfície, são formadas na pilha ondulada, interagindo fortemente com as moléculas no topo.

As moléculas orgânicas absorvem certos comprimentos de onda de luz na faixa do infravermelho médio que são característicos de sua composição química e estrutura. Portanto, esse conjunto de ressonâncias de absorção, denominado impressão digital vibracional, permite a identificação do composto orgânico.

“Ao fortalecer a interação entre a luz e as biomoléculas depositadas no topo do sensor, seríamos capazes de identificar analitos que requerem quantidades menores, atingindo níveis tão baixos quanto uma única monocamada”, diz Raúl Izquierdo, primeiro autor deste estudo.

Segundo Jorge Pedrós, cientista líder do estudo, “Uma vantagem deste mecanismo é que os SAWs são controlados ativamente através de uma tensão de alta frequência, permitindo alternar facilmente entre uma configuração ON, na qual a interação é aumentada, e uma configuração OFF, sem qualquer melhoria no sinal. Este esquema de medição aumenta a resolução do sensor."

“Além do projeto do sensor e dos cálculos de seu desempenho, também disponibilizamos um método matemático para extrair informações quantitativas aparentemente ocultas, aumentando ainda mais a sensibilidade do sensor”, afirma Izquierdo.

Para isso, as moléculas do analito e os polaritons plasmon-fônons de superfície são modelados como osciladores que interagem entre si, enquanto ambos são acionados por uma força externa (luz incidente no sensor). Apesar de sua simplicidade, este modelo reproduz perfeitamente os resultados dos cálculos.

Para concluir, Pedrós afirma:"Estamos confiantes de que este estudo contribuirá para o desenvolvimento de novos dispositivos lab-on-chip, combinando a capacidade de impressão digital química deste novo biossensor acionado por SAW com outras funcionalidades acústicas, como detecção de massa baseada em SAW ou fluxo de gotículas e mistura em circuitos microfluídicos."

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Mais informações: Raúl Izquierdo-López et al, Sensor plasmônico de grafeno acionado por ondas acústicas de superfície para impressão digital de biocamadas ultrafinas até o limite de monocamada, Biossensores e bioeletrônica (2023). DOI:10.1016/j.bios.2023.115498
Informações do diário: Biossensores e Bioeletrônica

Jorge Pedrós - Professor Associado, Departamento de Engenharia Eletrônica e Instituto de Sistemas Optoeletrônicos e Microtecnologia, Universidade Politécnica de Madrid