Sensor autoiluminado dispensa fonte de luz e fica minúsculo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/07/2025

Ilustração do biossensor autoiluminado: Uma metassuperfície recebe eletricidade e aciona a emissão quântica de luz, concentrando as ondas de luz resultantes para detectar biomoléculas.
[Imagem: Ella Maru Studio/BIOS EPFL]

Sensor autoiluminado

Quando precisamos detectar moléculas, seja para fazer experimentos ou nos laboratórios clínicos que fazem exames médicos, usamos pequenos dispositivos chamados biossensores ópticos, que usam ondas de luz como sonda para identificar diferentes moléculas.

O ideal é que esses sensores consigam focar as ondas de luz até a escala nanométrica, uma escala pequena o suficiente para detectar proteínas ou aminoácidos, por exemplo. Dá para fazer, usando estruturas nanofotônicas que comprimem a luz na superfície de um pequeno chip, mas há um problema: A coisa fica grande, pesada e cara - adequada para grandes laboratórios.

Mas a tecnologia para a disseminação dos biossensores em aplicações portáteis e baratas está chegando pelas mãos de Jihye Lee e colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, que descobriram como criar um biossensor baseado em luz sem uma fonte de luz externa, que é a verdadeira responsável por tornar a coisa um mostrengo.

Tirando proveito de um fenômeno quântico chamado tunelamento inelástico de elétrons, os pesquisadores criaram um biossensor que exige apenas um fluxo constante de elétrons - sem entrada externa de fótons - para iluminar e detectar moléculas ao mesmo tempo. É o que eles chamam de "emissão quântica de luz".

"Se pensarmos em um elétron como uma onda, em vez de uma partícula, essa onda tem uma probabilidade relativamente baixa de 'tunelar' para o outro lado de uma barreira isolante extremamente fina enquanto emite um fóton de luz. O que fizemos foi criar uma nanoestrutura que faz parte dessa barreira isolante e aumenta a probabilidade de ocorrer a emissão de luz," explicou o professor Mikhail Masharin.

O biossensor em um chip funciona com base na emissão de luz acionada pelo tunelamento quântico de elétrons.
[Imagem: Jihye Lee et al. - 10.1038/s41566-025-01708-y]

Detecção de um trilionésimo de grama

A nanoestrutura criada pela equipe gera as condições ideais para que um elétron, ao passar por ela, atravesse uma barreira de óxido de alumínio e chegue a uma camada ultrafina de ouro. Nisso, o elétron transfere parte de sua energia para uma excitação coletiva chamada plásmon, que então emite um fóton.

No centro da inovação está o fato de que a camada de ouro da nanoestrutura é uma metassuperfície, criada para apresentar propriedades de manipulação das ondas eletromagnéticas que otimizam as condições para o tunelamento quântico e controlam a emissão de luz resultante. Esse controle é possível graças ao arranjo da metassuperfície em uma malha de nanofios de ouro, que atuam como "nanoantenas" para concentrar a luz nos volumes nanométricos necessários para detectar biomoléculas com eficiência.

O projeto garante que a intensidade e o espectro da luz gerada mudem em resposta ao contato com biomoléculas, resultando em um método poderoso para uma detecção extremamente sensível, em tempo real e sem depender de qualquer marcação ou tintura na amostra.

"Os testes mostraram que nosso biossensor autoiluminado pode detectar aminoácidos e polímeros em concentrações de picogramas - um trilionésimo de grama - rivalizando com os sensores mais avançados disponíveis atualmente," contou Hatice Altug, membro da equipe.

Além de compacta e sensível, a plataforma é escalável e compatível com as técnicas atuais de fabricação de sensores. Menos de um milímetro quadrado de área ativa basta para a detecção, criando uma possibilidade promissora para biossensores portáteis, em contraste com as configurações de mesa atuais.

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