En un futuro no muy lejano, las personas pueden tener un dispositivo simple que monitorea e informa los indicadores de salud, identifica incluso trazas de biomarcadores indeseables en la sangre o la saliva y sirve como un sistema de alerta temprana de enfermedades. Ésta es una de las promesas de la medicina personalizada.

Tal revolución tecnológica puede estar un paso más cerca gracias a una poderosa herramienta desarrollada por investigadores del Laboratorio de Sistemas BioNanoPhotónicos (BIOS) de EPFL. Consiste en un ultrafino, chip óptico miniaturizado junto con una cámara CMOS estándar y alimentado por análisis de imágenes, que cuenta biomoléculas individualmente en una muestra y determina su ubicación. Su investigación ha sido publicada en Fotónica de la naturaleza .

Un sensor muy potente

Esta tecnología se basa en metasuperficies, un desarrollo reciente en el campo de la fotónica. Las metauperficies son láminas de materiales artificiales recubiertas de millones de elementos nanométricos dispuestos de forma especial. A cierta frecuencia, estos elementos pueden exprimir la luz en volúmenes extremadamente pequeños, creando puntos de acceso ópticos ultrasensibles.

Cuando la luz brilla en la metasuperficie y golpea una molécula en uno de estos puntos calientes, la molécula se detecta inmediatamente. De hecho, la molécula se delata al cambiar la longitud de onda de la luz que la golpea.

Escaneando moléculas y tomando sus fotografías

Al hacer brillar luces de colores de diferentes colores en la metasuperficie y tomar una foto cada vez con una cámara CMOS, los investigadores pueden contar el número de moléculas en una muestra y saber exactamente qué está sucediendo en el chip sensor. "Luego utilizamos herramientas de ciencia de datos inteligentes para analizar los millones de píxeles CMOS obtenidos a través de este proceso e identificar tendencias, "dice Filiz Yesilkoy, el primer autor del artículo. "Hemos demostrado que podemos detectar y obtener imágenes no solo de biomoléculas individuales en los puntos calientes, pero incluso una sola hoja de grafeno que tiene un solo átomo de espesor ".

Llevando su trabajo un paso más allá, los investigadores desarrollaron una segunda versión de su sistema, con metasuperficies programadas para resonar en diferentes longitudes de onda en diferentes regiones. "Esta técnica es más simple, sin embargo, también es menos preciso para localizar las moléculas, "dice Eduardo R. Arvelo, uno de los coautores del artículo.

Hatice Altug, que dirige el laboratorio de BIOS y dirige el proyecto en la Escuela de Ingeniería, ve un inmenso potencial en el campo de la óptica. "La luz posee muchos atributos, como la intensidad, fase y polarización, y es capaz de atravesar el espacio. Esto significa que los sensores ópticos podrían desempeñar un papel importante a la hora de abordar los desafíos futuros, especialmente en la medicina personalizada ".