Diminuto laboratorio en un chip analiza volúmenes muy pequeños de líquido

Fig. 1 Diagrama esquemático y fotografía del chip bioquímico de terahercios (THz) recientemente desarrollado. El chip está hecho de GaAs, un cristal óptico no lineal, y está compuesto por cinco unidades de metamaterial y un solo microcanal en la superficie. Al irradiar con un láser de femtosegundo desde la superficie posterior del cristal, se genera una fuente de luz de THz puntuales para interactuar con la solución. Crédito:Kazunori Serita

Científicos del Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka crearon un prototipo de sistema de espectroscopia óptica de terahercios con un área de detección equivalente al área transversal de solo cinco cabellos humanos. Al medir el cambio en la longitud de onda de transmitancia máxima de una fuente de radiación de terahercios, se puede medir la concentración de incluso trazas de contaminantes disueltos en una pequeña gota de agua. Este trabajo puede dar lugar a sensores portátiles para aplicaciones como la detección temprana de enfermedades, el desarrollo de fármacos y el control de la contaminación del agua.

La tecnología Lab-on-a-chip es un área apasionante de investigación. La capacidad de analizar muestras de pacientes junto a la cama o monitorear la calidad del agua en el campo con un dispositivo de monitoreo portátil es muy atractiva. Sin embargo, lograr una alta sensibilidad a la concentración de los analitos objetivo de interés puede ser difícil, especialmente cuando las muestras consisten en volúmenes de líquido muy pequeños.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka ha utilizado una fuente de radiación de terahercios patentada en un chip de microfluidos que contiene una estructura de metamaterial para cuantificar la cantidad de trazas de contaminación en el agua. "Usando este sistema de laboratorio en un chip, pudimos detectar cambios mínimos en la concentración de trazas de etanol, glucosa o minerales en el agua al medir el cambio en las frecuencias de resonancia", dice el primer autor Kazunori Serita.

Fig.2 Gráficos del cambio de frecuencia de resonancia en función de la concentración de minerales en 85 picolitros de agua. Al observar la magnitud del cambio de la frecuencia de resonancia del agua pura, el soluto se puede detectar con una sensibilidad de 472 átomos. Crédito:Kazunori Serita

El diseño I consta de una tira metálica con un espacio del tamaño de un micrómetro intercalado por otras tiras metálicas. Se coloca periódicamente en una fila de cinco unidades, que formaron una especie de "metaátomo", en el que la transmitancia óptica máxima varió en función de la presencia de trazas de contaminación por moléculas disueltas. This device is an application of the point terahertz source technology previously developed at Osaka University. A tiny source of terahertz light was generated by the irradiation spot of a femtosecond-pulse laser beam that induces a tightly confined electric-field mode at the gap regions. It then modifies the resonance frequency when a microchannel fabricated in the space between the metallic strips is filled with the sample solution.

"We succeeded in detecting just 472 attomoles of solutes in solutions with volumes of less than 100 picoliters, which is an order of magnitude better than existing microfluidic chips," senior author Masayoshi Tonouchi says. This work can lead to significant improvements in portable sensing, both in terms of sensitivity and the amount of liquid required.

The study is published in the Journal of Physics:Photonics . + Explora más