Utilizando características ópticas demostradas por primera vez por los antiguos romanos, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han creado una novela, herramienta ultrasensible para productos químicos, ADN y análisis de proteínas.

"Con este dispositivo, la detección de espectroscopia nanoplásmica, por primera vez, se convierte en detección colorimétrica, requiriendo solo a simple vista o fotografía en color visible ordinaria, "explicó Logan Liu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y de bioingeniería en Illinois. "Se puede utilizar para imágenes químicas, imagen biomolecular, e integración a dispositivos portátiles de microfluidos para aplicaciones de laboratorio en chip. Los resultados de su equipo de investigación aparecieron en el artículo de portada de la edición inaugural de Materiales ópticos avanzados (sección óptica de Materiales avanzados ).

La copa de Licurgo fue creada por los romanos en el año 400 d.C.Hecha de un vidrio dicroico, la famosa taza exhibe diferentes colores dependiendo de si la luz la atraviesa o no; rojo cuando se ilumina desde atrás y verde cuando se ilumina desde el frente. También es el origen de la inspiración para toda la investigación contemporánea en nanoplásmica:el estudio de los fenómenos ópticos en las proximidades a nanoescala de superficies metálicas.

"Este efecto dicroico se logró mediante la inclusión de pequeñas proporciones de polvo de oro y plata finamente molido en el vidrio, "Agregó Liu." En nuestra investigación, Hemos creado una matriz de alta densidad de área grande de una copa de licurgo a nanoescala utilizando un sustrato de plástico transparente para lograr la detección colorimétrica. El sensor consta de aproximadamente mil millones de nano tazas en una matriz con una abertura de sub-longitud de onda y decorada con nanopartículas de metal en las paredes laterales. que tiene una forma y propiedades similares a las copas de Licurgo que se exhiben en un museo británico. Liu y su equipo estaban particularmente emocionados por las extraordinarias características del material. produciendo 100 veces mejor sensibilidad que cualquier otro dispositivo nanoplásmico reportado.

Las técnicas colorimétricas son principalmente atractivas por su bajo costo, uso de equipo económico, requisito de menos hardware de transducción de señales, y sobre todo, proporcionando resultados fáciles de entender. El sensor colorimétrico se puede utilizar tanto para la identificación analítica cualitativa como para el análisis cuantitativo. El diseño actual también permitirá el desarrollo de nuevas tecnologías en el campo de los microarrays de ADN / proteínas.

"Nuestro sensor colorimétrico sin etiquetas elimina la necesidad de etiquetado de fluorescencia problemático de moléculas de ADN / proteínas, y la hibridación de la sonda y la molécula objetivo se detecta a partir del cambio de color del sensor, "declaró Manas Gartia, primer autor del artículo, "Colorimetría:Imágenes colorimétricas de resonancia plasmática utilizando matrices de copa de nano licurgo". "Nuestro sensor actual requiere solo una fuente de luz y una cámara para completar el proceso de detección de ADN. Esto abre la posibilidad de desarrollar asequibles, Detector de microarrays de ADN simple y sensible basado en teléfonos móviles en un futuro próximo. Debido a su bajo costo, simplicidad en el diseño, y alta sensibilidad, prevemos el uso extensivo del dispositivo para microarrays de ADN, cribado de anticuerpos terapéuticos para el descubrimiento de fármacos, y detección de patógenos en entornos de escasos recursos ".

Gartia explicó que la interacción luz-materia utilizando arreglos de orificios de sub-longitud de onda da lugar a fenómenos ópticos interesantes como los polaritones de plasmón de superficie (SPP) mediados por la transmisión óptica mejorada (EOT). En caso de EOT, Se puede transmitir más cantidad de luz de la esperada a través de nanoagujeros en películas delgadas de metal que de otro modo serían opacas. Dado que la película metálica delgada tiene una propiedad óptica especial llamada resonancia de plasmón superficial (SPR) que se ve afectada por una pequeña cantidad de materiales circundantes, dicho dispositivo se ha utilizado como aplicaciones de biodetección.

Según los investigadores, la mayoría de los estudios anteriores se han centrado principalmente en la manipulación de estructuras EOT bidimensionales (2D) en el plano, como ajustar el diámetro del orificio, forma, o distancia entre los agujeros. Además, la mayoría de los estudios anteriores se refieren únicamente a agujeros rectos. Aquí, el EOT está mediado principalmente por SPP, lo que limita la sensibilidad y la figura de mérito que pueden obtenerse de tales dispositivos.

"Nuestro diseño actual emplea una estructura plasmónica de matriz de orificios periódicos cónicos de sub-longitud de onda 3D. En contraste con la EOT mediada por SPP, la estructura propuesta se basa en EOT mediado por plasma superficial localizado (LSP), ", Dijo Gartia." La ventaja de los LSP es que la transmisión mejorada en diferentes longitudes de onda y con diferentes propiedades de dispersión se puede ajustar controlando el tamaño, forma, y materiales de los agujeros 3D. La geometría cónica canalizará y enfocará adiabáticamente los fotones en la estructura plasmónica de sub-longitud de onda en la parte inferior, lo que lleva a un gran campo eléctrico local y mejora de EOT.

"En segundo lugar, la resonancia localizada respaldada por la estructura plasmónica 3D permitirá la sintonización de banda ancha de la transmisión óptica mediante el control de la forma, Talla, y el período de los agujeros, así como la forma, Talla, y período de partículas metálicas decoradas en las paredes laterales. En otras palabras, tendremos más control sobre la sintonización de las longitudes de onda de resonancia del sensor ".