Nanotecnologia

Sensor identifica substância com código de barras molecular

Sensor identifica moléculas criando código de barras fotônico
Os metapíxeis identificam as moléculas pela forma como elas refletem ou absorvem a luz. [Imagem: Andreas Tittl et al. - 10.1126/science.aas9768]

Código de barras molecular

Este sensor inovador é um sistema fotônico compacto - em nanoescala - e sensível o suficiente para identificar as características de absorção de moléculas individuais sem usar espectrometria.

O dispositivo consiste em uma superfície coberta por centenas de minúsculos sensores, chamados metapíxeis, que geram uma imagem que é única para cada molécula que toca sua superfície.

Cada ligação química nas moléculas orgânicas tem uma orientação e um modo vibracional específicos. Isso significa que cada molécula tem um conjunto de níveis de energia característicos, comumente localizados na faixa do infravermelho médio - correspondendo a comprimentos de onda entre 4 e 10 micrômetros. Portanto, cada tipo de molécula absorve a luz em diferentes frequências, o que dá a cada uma delas uma "assinatura" única - um autêntico código de barras molecular.

Esses códigos de barra podem ser analisados e classificados em massa por computador usando uma técnica de reconhecimento e classificação de padrões baseada em redes neurais artificiais.

Ou seja, as moléculas de uma substância podem ser reconhecidas em massa e em alta velocidade, com amplo impacto nas análises químicas em geral, da indústria aos exames médicos e ao monitoramento ambiental.

A espectroscopia tradicional detecta se uma determinada molécula está presente em uma amostra verificando se a amostra absorve raios de luz nas frequências da assinatura da molécula procurada. No entanto, essas análises exigem instrumentos de laboratório com tamanho e preço elevados.

Metapíxeis

Este novo sistema usa nanoestruturas que podem capturar a luz em nanoescala e, assim, fornecer níveis de detecção muito altos.

As nanoestruturas são agrupadas para formar os metapíxeis, cada um projetado para ressoar em uma frequência diferente. Quando uma molécula entra em contato com a superfície, a forma como ela absorve a luz altera o comportamento de todos os metapíxeis que ela toca.

Isso cria um mapa pixelizado de absorção da luz que pode ser traduzido em um código de barras molecular - tudo sem precisar usar um espectrômetro.

A equipe demonstrou o funcionamento do sensor detectando polímeros, pesticidas e compostos orgânicos, e afirma que ele deverá ser de baixo custo, já que é fabricado com a tecnologia CMOS padrão da indústria eletrônica.

O sensor foi desenvolvido por Andreas Tittl e seus colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, e da Universidade Nacional Australiana.

Bibliografia:

Imaging-based molecular barcoding with pixelated dielectric metasurfaces
Andreas Tittl, Aleksandrs Leitis, Mingkai Liu, Filiz Yesilkoy, Duk-Yong Choi, Dragomir N. Neshev, Yuri S. Kivshar, Hatice Altug
Science
Vol.: 360 Issue 6393 1105-1109
DOI: 10.1126/science.aas9768




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