Un sensor que se basa en la luz reflejada para analizar muestras biomédicas y químicas ahora tiene una mayor sensibilidad, gracias a una alfombra de nanopartículas de oro. Xia Yu del Instituto de Tecnología de Fabricación A * STAR de Singapur, junto con sus alumnos y colegas, ha determinado el tamaño ideal de nanopartículas para mejorar los sensores de resonancia de plasmón de superficie (SPR).

Dichos sensores contienen un prisma con una cara cubierta por una fina película de oro. Mientras la luz láser brilla a través del prisma, principalmente se refleja en el oro hacia un detector. Sin embargo, si la luz golpea el oro en un ángulo particular, parte de ella se acopla con electrones en el metal para producir ondas electromagnéticas llamadas polaritones de plasmón de superficie. Un acoplamiento más fuerte conduce a que se refleje menos luz hacia el detector.

Cuando una muestra líquida fluye a través de la película de oro, cambia el índice de refracción en esa región y altera ligeramente el ángulo en el que la luz llega al metal. Esto dificulta la formación de polaritones, lo que significa que se refleja más luz hacia el detector. La variación del ángulo del rayo láser y el seguimiento de la intensidad de la luz reflejada revela la composición de las muestras que fluyen sobre la superficie del metal.

Otros investigadores han demostrado que las nanopartículas de oro pueden mejorar la capacidad de respuesta del sensor. La luz entrante genera resonancias de plasmones localizados alrededor de las nanopartículas que se acoplan a la superficie del sensor, lo que provoca mayores cambios en la intensidad de la luz reflejada. Esto hace que el dispositivo sea más sensible al ángulo de llegada de la luz y, por lo tanto, puede detectar concentraciones más bajas de los productos químicos que se están probando.

El equipo de Yu calculó las respuestas ópticas de cuatro nanopartículas de oro diferentes, que varían en diámetro de 40 a 80 nanómetros, determinando que serían más efectivas cuando se colocan a unos 5 nanómetros por encima de la superficie del oro. Luego, los investigadores montaron las diferentes nanopartículas en películas de oro utilizando una molécula que contiene azufre llamada ditiotreitol. que proporcionó la brecha óptima de 5 nanómetros.

Los cálculos del equipo habían sugerido que el campo eléctrico de los polaritones del plasmón superficial sería cientos de veces mayor cuando se añadieran partículas de 40 nanómetros a la superficie. "Cuanto más fuerte sea el campo eléctrico, cuanto más sensibles sean los sensores, ", dice Yu. Las pruebas que utilizaron diferentes concentraciones de soluciones de glicerina y formamida confirmaron que las partículas de 40 nanómetros ofrecían el mayor aumento de sensibilidad". El límite de detección es al menos tres órdenes de magnitud más alto que los sensores SPR comerciales actuales, "dice Yu.

Yu ahora espera aplicar este descubrimiento a sensores ultrasensibles que puedan detectar rastros de biomarcadores de cáncer.