Los científicos han diseñado un dispositivo ultraminiaturizado que podría obtener imágenes directamente de células individuales sin la necesidad de un microscopio o hacer posible el análisis químico de huellas dactilares desde un teléfono inteligente.

El dispositivo, hecho de un solo nanoalambre 1000 veces más delgado que un cabello humano, es el espectrómetro más pequeño jamás diseñado. Podría usarse en aplicaciones potenciales como evaluar la frescura de los alimentos, la calidad de las drogas, o incluso identificando objetos falsificados, todo desde la cámara de un teléfono inteligente. Los detalles se informan en la revista. Ciencias .

En el siglo 17, Isaac Newton, a través de sus observaciones sobre la división de la luz por un prisma, sembró las semillas de un nuevo campo de la ciencia que estudia las interacciones entre la luz y la materia:la espectroscopia. Hoy dia, Los espectrómetros ópticos son herramientas esenciales en la industria y en casi todos los campos de la investigación científica. Mediante el análisis de las características de la luz, Los espectrómetros pueden informarnos sobre los procesos dentro de las nebulosas galácticas, a millones de años luz de distancia, hasta las características de las moléculas de proteínas.

Sin embargo, incluso ahora, la mayoría de los espectrómetros se basan en principios similares a los que Newton demostró con su prisma:la separación espacial de la luz en diferentes componentes espectrales. Esta base limita fundamentalmente el tamaño de los espectrómetros con respecto:suelen ser voluminosos y complejos, y desafiante para encoger a tamaños mucho más pequeños que una moneda. Cuatrocientos años después de Newton, Los investigadores de la Universidad de Cambridge han superado este desafío para producir un sistema hasta mil veces más pequeño que los reportados anteriormente.

El equipo de Cambridge, trabajar con colegas del Reino Unido, China y Finlandia, utilizó un nanoalambre cuya composición material varía a lo largo de su longitud, lo que le permite responder a diferentes colores de luz en todo el espectro visible. Utilizando técnicas similares a las utilizadas para la fabricación de chips de computadora, luego crearon una serie de secciones sensibles a la luz en este nanoalambre.

"Diseñamos un nanoalambre que nos permite deshacernos de los elementos dispersivos, como un prisma, produciendo una mucho más simple, sistema ultraminiaturizado de lo que los espectrómetros convencionales pueden permitir, ", dijo el primer autor Zongyin Yang del Cambridge Graphene Center." Las respuestas individuales que obtenemos de las secciones de nanocables se pueden alimentar directamente a un algoritmo informático para reconstruir el espectro de luz incidente ".

"Cuando tomas una fotografía, la información almacenada en píxeles generalmente se limita a solo tres componentes:rojo, verde, y azul, ", dijo el co-primer autor Tom Albrow-Owen." Con nuestro dispositivo, cada píxel contiene puntos de datos de todo el espectro visible, para que podamos adquirir información detallada mucho más allá de los colores que nuestros ojos pueden percibir. Esto puede decirnos por ejemplo, sobre los procesos químicos que ocurren en el marco de la imagen ".

"Nuestro enfoque podría permitir una miniaturización sin precedentes de dispositivos espectroscópicos, hasta el punto de que se puedan incorporar directamente a los teléfonos inteligentes, Llevando potentes tecnologías analíticas del laboratorio a la palma de nuestras manos, "dijo el Dr. Tawfique Hasan, quien dirigió el estudio.

Uno de los usos potenciales más prometedores del nanoalambre podría estar en biología. Dado que el dispositivo es tan pequeño, Puede obtener imágenes directamente de células individuales sin la necesidad de un microscopio. Y a diferencia de otras técnicas de bioimagen, la información obtenida por el espectrómetro de nanocables contiene un análisis detallado de la huella química de cada píxel.

Los investigadores esperan que la plataforma que han creado pueda conducir a una generación completamente nueva de espectrómetros ultracompactos que trabajen desde el rango ultravioleta al infrarrojo. Estas tecnologías podrían utilizarse para una amplia gama de consumidores, investigación y aplicaciones industriales, incluso en sistemas lab-on-a-chip, implantes biológicos, y dispositivos portátiles inteligentes.

El equipo de Cambridge ha presentado una patente sobre la tecnología, y espera ver aplicaciones reales en los próximos cinco años.