Biosensores integrados en teléfonos inteligentes, Los relojes inteligentes y otros dispositivos están a punto de convertirse en realidad. En un artículo que aparece en la portada de la edición de enero de Sensores , Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú describen una forma de aumentar la sensibilidad de los detectores biológicos hasta el punto de que puedan usarse en dispositivos móviles y portátiles.

Un biosensor es un dispositivo electroquímico que determina la composición de fluidos biológicos en tiempo real. Los medidores de glucosa en sangre que utilizan los pacientes diabéticos bien pueden ser los únicos dispositivos biosensores de mercado masivo que se utilizan en la actualidad. Pero los futurólogos dicen que los electrodomésticos pronto podrán analizar el sudor, saliva, humor acuoso, y otros fluidos corporales para identificar a una persona, hacer exámenes médicos, diagnosticar enfermedades, o monitorear continuamente la salud de un individuo y hacer sugerencias de dieta óptimas en consecuencia.

Hasta hace poco, tales aplicaciones no fueron consideradas seriamente, porque los dispositivos disponibles no eran lo suficientemente sensibles y eran prohibitivamente caros para el mercado de consumidores. Sin embargo, puede ser que un gran avance esté a punto de suceder. Un equipo de investigadores del MIPT Center for Photonics and 2-D Materials ha propuesto un diseño de biosensor radicalmente nuevo, lo que podría aumentar la sensibilidad del detector muchas veces y ofrecer una reducción de precio igualmente impresionante.

"Un biosensor convencional incorpora un resonador de anillo y una guía de ondas colocados en el mismo plano, ", explicó el estudiante graduado del MIPT Kirill Voronin del Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica, a quien se le ocurrió la idea utilizada en el estudio. "Decidimos separar los dos elementos y ponerlos en dos planos diferentes, con el anillo encima de la guía de ondas ".

La razón por la que los investigadores no probaron el diseño de ese sensor antes es que la fabricación de un plano, El dispositivo de un solo nivel es más fácil en un entorno de laboratorio. Al depositar una película fina y grabarla, tanto un resonador de anillo como una guía de ondas se producen al mismo tiempo. El diseño alternativo de dos niveles es menos conveniente para fabricar dispositivos experimentales únicos, pero resultó más barato para los sensores de producción masiva. La razón de esto es que los procesos tecnológicos en una planta de electrónica están orientados a la colocación de componentes activos capa por capa.

Más importante, el nuevo diseño de biosensor de dos niveles resultó en una sensibilidad mucho mayor.

Un biosensor opera registrando los ligeros cambios en el índice de refracción en su superficie, que son causadas por la adsorción de moléculas orgánicas. Estas variaciones se detectan mediante un resonador cuyas condiciones de resonancia dependen del índice de refracción del medio externo. Dado que incluso las fluctuaciones más leves en el índice de refracción provocan un cambio de pico resonante significativo, un biosensor responde a casi todas las moléculas que aterrizan en su superficie.

"Hemos colocado la guía de ondas de banda debajo del resonador, en el dieléctrico a granel, "dijo el coautor del artículo, Aleksey Arsenin, investigador líder en el Laboratorio de Nanoóptica y Plasmónica del MIPT. "El resonador, Sucesivamente, está en la interfaz entre el sustrato dieléctrico y el entorno externo. Optimizando los índices de refracción de los dos medios circundantes, logramos una sensibilidad significativamente mayor ".

El diseño del biosensor recientemente propuesto tiene tanto la fuente como el detector de luz dentro del dieléctrico. La única parte que queda en el exterior es el elemento sensible. Es decir, el anillo de oro de varias docenas de micrómetros de diámetro y una milésima parte de ese grosor (fig. 1).

Según Voronin, El método del equipo para hacer que los biosensores sean más receptivos llevará la tecnología a un nivel cualitativamente nuevo. "El nuevo diseño está destinado a hacer que los biosensores sean mucho más fáciles de fabricar, y por lo tanto más barato, ", dijo el físico." La litografía óptica es la única técnica necesaria para producir detectores basados ​​en nuestro principio. No hay partes móviles involucradas, y un láser sintonizable que funcione en un rango de frecuencia estrecho será suficiente ".

Valentyn Volkov, quien dirige el Centro MIPT de Fotónica y Materiales 2-D, estima que se necesitarán unos tres años para desarrollar un diseño industrial basado en la tecnología propuesta.