A medida que surgen y se propagan nuevas enfermedades infecciosas, Una de las mejores vacunas contra patógenos nuevos es encontrar nuevos medicamentos o vacunas. Pero antes de que las drogas puedan usarse como posibles curas, tienen que ser cuidadosamente seleccionados para la composición, seguridad y pureza, entre otras cosas. Por lo tanto, Existe una demanda creciente de tecnologías que puedan caracterizar compuestos químicos de forma rápida y en tiempo real.

Abordar esta necesidad insatisfecha, Los investigadores de la Universidad de Texas A&M han inventado una nueva tecnología que puede reducir drásticamente el tamaño del aparato utilizado para la espectroscopia Raman. una técnica bien conocida que utiliza la luz para identificar la composición molecular de los compuestos.

"Las configuraciones de sobremesa Raman pueden tener hasta un metro de largo dependiendo del nivel de resolución espectroscópica necesaria, "dijo el Dr. Pao-Tai Lin, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Hemos diseñado un sistema que potencialmente puede reemplazar estos voluminosos equipos de sobremesa con un pequeño chip fotónico que puede caber cómodamente en la punta de un dedo".

Además, Lin dijo que su innovador dispositivo fotónico también es capaz de alto rendimiento, caracterización química en tiempo real y a pesar de su tamaño, es al menos 10 veces más sensible que los sistemas convencionales de espectroscopía Raman de sobremesa.

Una descripción de su estudio se encuentra en la edición de mayo de la revista. Química analítica .

La base de la espectroscopia Raman es la dispersión de luz por moléculas. Cuando lo golpea una luz de cierta frecuencia, las moléculas bailan, girando y vibrando al absorber la energía del haz incidente. Cuando pierden su exceso de energía, las moléculas emiten una luz de menor energía, que es característico de su forma y tamaño. Esta luz dispersa conocido como los espectros Raman, contiene las huellas dactilares de las moléculas dentro de una muestra.

Las mesas de trabajo típicas para la espectroscopia Raman contienen una variedad de instrumentos ópticos, incluyendo lentes y rejillas, para manipular la luz. Estos componentes ópticos de "espacio libre" ocupan mucho espacio y son una barrera para muchas aplicaciones en las que se requiere detección química en espacios pequeños o en lugares de difícil acceso. También, las mesas de trabajo pueden resultar prohibitivas para la caracterización química en tiempo real.

Como alternativa a los sistemas de sobremesa tradicionales basados ​​en laboratorio, Lin y su equipo recurrieron a conductos en forma de tubo, llamadas guías de ondas, que puede transportar luz con muy poca pérdida de energía. Si bien se pueden usar muchos materiales para hacer guías de ondas ultradelgadas, los investigadores eligieron un material llamado nitruro de aluminio ya que produce una señal de fondo Raman baja y es menos probable que interfiera con la señal Raman proveniente de una muestra de prueba de interés.

Para crear la guía de ondas óptica, los investigadores emplearon una técnica utilizada por la industria para dibujar patrones de circuitos en obleas de silicio. Primero, usando luz ultravioleta, hilaron un material sensible a la luz, llamado NR9, sobre una superficie de sílice. Próximo, mediante el uso de moléculas de gas ionizado, bombardearon y recubrieron nitruro de aluminio a lo largo del patrón formado por el NR9. Finalmente, lavaron la asamblea con acetona, dejando atrás una guía de ondas de aluminio que tenía solo decenas de micrones de diámetro.

Para probar la guía de ondas óptica como sensor Raman, el equipo de investigación transportó un rayo láser a través de la guía de ondas de nitruro de aluminio e iluminó una muestra de prueba que contenía una mezcla de moléculas orgánicas. Al examinar la luz dispersa, los investigadores encontraron que podían discernir cada tipo de molécula dentro de la muestra basándose en los espectros Raman y con una sensibilidad de al menos 10 veces más que las tradicionales mesas de trabajo Raman.

Lin señaló que, dado que sus guías de ondas ópticas tienen un ancho muy fino, muchos de ellos se pueden cargar en un solo chip fotónico. Esta arquitectura, él dijo, es muy propicio para un alto rendimiento, detección química en tiempo real necesaria para el desarrollo de fármacos.

"Nuestro diseño de guía de ondas óptica proporciona una plataforma novedosa para monitorear la composición química de los compuestos rápidamente, de forma fiable y continua. También, Estas guías de ondas se pueden fabricar fácilmente a escala industrial aprovechando las técnicas ya existentes para fabricar dispositivos semiconductores. "dijo Lin." Esta tecnología, creemos, tiene un beneficio directo no solo para las industrias farmacéuticas sino incluso para otras industrias, como el petroleo, donde nuestros sensores se pueden colocar a lo largo de tuberías subterráneas para monitorear la composición de los hidrocarburos ".