Los códigos de barras fotónicos dinámicos permiten la detección molecular. Crédito:Zhou et al., doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066002
Los códigos de barras ópticos permiten la detección y el seguimiento mediante huellas digitales espectrales únicas. Se han aplicado ampliamente en áreas que van desde los bioensayos multiplexados y el etiquetado celular hasta la lucha contra la falsificación y la seguridad. Yu-Cheng Chen del Laboratorio de Fotónica Inteligente Bio + de la Universidad Tecnológica de Nanyang señala que el concepto de códigos de barras ópticos generalmente se refiere a un patrón espectral fijo correspondiente a un solo objetivo.
"Los códigos de barras ópticos han carecido de la capacidad de caracterizar los cambios dinámicos en respuesta a los analitos a lo largo del tiempo, "dice Chen. Gracias a la investigación de Chen, eso está a punto de cambiar.
El grupo de Chen desarrolló recientemente códigos de barras dinámicos de respuesta biológica, introduciendo el concepto de transferencia de energía de resonancia en la interfaz de la microcavidad. Como se informó en Fotónica avanzada , el equipo demostró el código de barras de forma experimental para detectar moléculas en una gota. La energía radiativa de una sola microgotita se transfiere a biomoléculas de unión, convertir información biomolecular dinámica en más de billones de códigos de barras fotónicos distintivos.
Transferencia de energía radiativa mejorada por cavidad
El sistema se basa en un resonador en modo de galería susurrante (WGMR). La mayoría de los WGMR se clasifican como pasivos. Como tal, requieren un acoplamiento de ondas evanescentes y funcionan en función de los cambios de modo inducidos por perturbaciones. "A diferencia de, "explica Chen, "Los resonadores activos que utilizan el analito como medio de ganancia pueden soportar la excitación y recolección en el espacio libre para adquirir más información biológica de las señales de emisión".
Concepto de transferencia de energía mejorada por cavidades. (b) Diagrama esquemático que interpreta la transferencia de energía de la cavidad y el código de barras fotónico. El panel superior ilustra WGM con y sin el aceptador cerca del límite de la cavidad. El panel inferior muestra los correspondientes espectros y códigos de barras fotónicos antes y después de la transferencia de energía. (c) Espectros ópticos dinámicos y códigos de barras fotónicos correspondientes de biomoléculas de unión. Crédito:Zhou et al., doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066002
Según Chen, el problema al considerar la detección molecular es el factor de ocupación del modo del analito fuera de la cavidad:está a solo unas pocas décimas del interior de la cavidad, conduciendo a un factor Q efectivo reducido y una relación señal / ruido insatisfactoria. El concepto de transferencia de energía resonante separa moléculas donantes y moléculas aceptoras en la interfaz de la cavidad. donde ocurre la transferencia de energía radiativa. La transferencia de energía radiativa va acompañada de radiación electromagnética (a diferencia de la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia no radiativa convencional, conocido como FRET). Debido a esa radiación, la transferencia de energía puede ocurrir incluso en situaciones en las que el donante y el aceptor están separados.
"En presencia de mecanismos mejorados por cavidades, La transferencia de energía eficiente y el acoplamiento entre donantes y aceptores pueden conducir a interacciones mejoradas entre la luz y la materia y la relación señal / ruido. "dice Chen.
El sistema desarrollado aprovecha un efecto mediante el cual la alta concentración de tinte (donante) dentro de la microgotita desencadena una transferencia de energía mejorada por la cavidad para excitar las moléculas (aceptor) unidas a la interfaz de la cavidad.
"Cuando las biomoléculas se unen a la interfaz de la cavidad, el número de moléculas de unión altera la cantidad de transferencia de energía, resultando en picos distintivos de emisión de fluorescencia modulada, ", dice Chen. El código de barras espectral dinámico se logró mediante una mejora significativa en la relación señal / ruido al unirse a las moléculas objetivo.
Según los autores, este sistema de codificación biomolecular ilumina una baliza para la interacción intermolecular en tiempo real y puede aumentar en gran medida la complejidad de un sistema de codificación. Creen que el concepto se puede aplicar ampliamente en muchas aplicaciones de biosensores y encriptación óptica.
