Científicos de la Universidad ITMO desarrollaron un método óptico novedoso para medir las tasas de administración de reactivos para "laboratorios en un chip". El método se basa en una interacción dinámica entre una nanoantena y moléculas luminiscentes, ya que la distancia entre ellas afecta la intensidad de la luz. Procesado matemáticamente, esta dinámica de la luz determina la velocidad del flujo. Este método también se puede utilizar para medir la temperatura e identificar los tipos de flujo. La investigación fue publicada en Reseñas de láser y fotónica .
"Lab on a chip" es un dispositivo diminuto que realiza reacciones químicas, análisis o síntesis en un chip que mide solo varios centímetros cuadrados. Puede utilizarse para estimar concentraciones de sustancias, realizar diagnósticos, o realizar procesos bioquímicos complejos. Los reactivos se administran a través de microtúbulos de diámetro micrométrico. La velocidad de entrega afecta el curso de la reacción, por lo que los científicos están desarrollando sensores especiales para monitorear esta variable.
Los científicos de la Universidad ITMO desarrollaron un método óptico novedoso para medir la velocidad de los microflujos de líquidos. Se basa en el efecto Purcell, que aparece cuando las moléculas luminiscentes interactúan con una nanoantena que concentra un campo electromagnético. El efecto describe el impacto que tiene la distancia a la nanoantena en la luminiscencia de las moléculas excitadas. Monitorear cómo una solución que contiene moléculas luminiscentes cambia su radiación cuando pasa por la nanoantena ayuda a determinar su velocidad.
"Las moléculas luminiscentes emiten luz cuando son excitadas por un pulso láser. Sin embargo, la duración de esta emisión puede variar en función de lo lejos que se encuentren de la nanoantena. Pasamos una solución de molécula luminiscente más allá de la nanoantena, irradiar la región cercana a la nanoantena con un pulso láser corto, y registre cómo se desvanece la señal. Después de un procesamiento especial, el análisis de cómo la señal se desvanece en el tiempo nos permite comprender qué tan rápido se movía la solución, "explica Alexey Kadochkin, investigador asociado en el Laboratorio Internacional de Nano-opto-mecánica de la Universidad ITMO.
El posprocesamiento de la señal de desvanecimiento recibida ayuda a los científicos a seleccionar componentes con diferentes velocidades de desvanecimiento. El componente más intenso corresponde a la radiación que emite la solución cuando se encuentra más alejada de la nanoantena. Al mismo tiempo, el espectro de tasas de desvanecimiento contiene componentes que corresponden a la emisión de moléculas que interactúan con la nanoantena. Establecer la posición de estos componentes ayuda a medir la velocidad del flujo.
"Este trabajo aún permanece en el ámbito de la teoría, por eso estamos muy orgullosos del hecho de que hizo la portada. En un futuro cercano planeamos extender el método para medir temperaturas registrando el movimiento browniano, aprender a distinguir entre diferentes tipos de flujo, y realizar experimentos. Como resultado, queremos diseñar un modelo concluyente para sensores de "laboratorio en un chip", "dice Alexander Shalin, director del Laboratorio Internacional de Nano-opto-mecánica de la Universidad ITMO.
