Aprovechar la energía de la luz en volúmenes a nanoescala requiere nuevos enfoques de ingeniería para superar una barrera fundamental conocida como el "límite de difracción". Sin embargo, Los investigadores de la Universidad de Illinois han superado esta barrera al desarrollar nanoantenas que contienen la energía capturada de las fuentes de luz. como LED, en partículas con diámetros de escala nanométrica, haciendo posible la detección de biomoléculas individuales, catalizar reacciones químicas, y generar fotones con propiedades deseables para la computación cuántica.

Los resultados, que tienen una amplia gama de aplicaciones que pueden incluir mejores herramientas de diagnóstico del cáncer, fueron publicados recientemente en el Nano letras , una prestigiosa revista revisada por pares publicada por la American Chemical Society en un artículo titulado "Amplificación de absorción espectralmente sintonizable mediada por microcavidades en nanoantenas plasmónicas, "La investigación fue financiada por la National Science Foundation.

Para crear un dispositivo capaz de superar el límite de difracción, la estudiante de posgrado Qinglan Huang y su asesor, Brian T. Cunningham, director del laboratorio de Holonyak, un profesor de ingeniería Donald Biggar Willett, cristales fotónicos acoplados con una nanoantena plasmónica, un enfoque innovador en el campo. Los cristales fotónicos sirven como receptores de luz y enfocan la energía en un campo electromagnético que es cientos de veces mayor que el recibido de la fuente de luz original. como un LED o un láser. Las nanoantenas, cuando está "sintonizado" a la misma longitud de onda, absorber la energía del campo electromagnético y concentrar la energía en un volumen más pequeño que es aún otros dos órdenes de magnitud de mayor intensidad. La retroalimentación de energía entre el cristal fotónico y la nanoantena, El llamado "acoplamiento híbrido resonante" puede observarse por sus efectos sobre el espectro de luz reflejada y transmitida.

"Lograr un acoplamiento cooperativo entre dos cosas es emocionante porque nunca se ha hecho, ", dijo Huang." Es un concepto de propósito general que hemos demostrado experimentalmente por primera vez ".

Lograr esto, el equipo controló cuidadosamente la densidad de las nanoantenas para maximizar su eficiencia de recolección de energía. También desarrollaron un método que permitió que las nanoantenas se distribuyeran uniformemente a través de la superficie del cristal fotónico y sintonizaron la longitud de onda de resonancia óptica del cristal fotónico para que coincidiera con la longitud de onda de absorción de las nanoantenas.

Además de cambiar la forma en que los investigadores pueden trabajar con la luz, este nuevo método de acoplamiento tiene el potencial de cambiar cómo y cuándo se diagnostica el cáncer. Una aplicación es usar una nanopartícula de oro, no mucho más grande que biomoléculas como el ADN, como la nanoantena. En este caso, la retroalimentación proporciona una forma de identificar un biomarcador exclusivo de un determinado tipo de célula cancerosa, y el grupo que ahora vincula la técnica de acoplamiento híbrido resonante con nuevos métodos bioquímicos para detectar moléculas de ADN y ARN específicas del cáncer con precisión de una sola molécula. Cunningham, y otros miembros del Grupo Nanosensor pronto publicarán otro artículo que se centra específicamente en las aplicaciones del descubrimiento en lo que respecta al diagnóstico del cáncer.

" Nano letras es un diario muy difícil de escribir, ", dijo Cunningham." Pero la física novedosa en esta investigación y el potencial para amplias aplicaciones son lo que hace que esta investigación se destaque. Los próximos pasos de esta investigación implican profundizar en las posibles aplicaciones de este nuevo proceso.