Nanotecnologia pode aprimorar sensores ópticos

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A combinação das propriedades de ondas eletromagnéticas (luz) com nanoestruturas metálicas pode melhorar o funcionamento de biossensores ópticos, que detectam variações na intensidade destas ondas quando interagem com átomos ou moléculas. Um exemplo da aplicação dos biossensores é na detecção da porfirina, molécula existente no sangue humano que absorve a luz visível, o que altera seu comportamento químico, podendo ser usada, por exemplo, como marcador de células tumorais de câncer. A pesquisa foi desenvolvida no Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP.

O professor Euclydes Marega Júnior, do Grupo de Óptica do IFSC, explica que campos eletromagnéticos podem ter sua intensidade aumentada em milhares de vezes se forem confinados em estruturas metálicas de algumas dezenas de nanômetros (bilhões de vezes menores do que um metro). Nesta situação, os campos recebem a denominação de campos plasmônicos, porque são mantidos pela oscilação dos elétrons presentes no metal (denominadas de oscilações de plásmon). As nanoestruturas metálicas têm a capacidade de manter a mesma frequência produzida pelo campo eletromagnético, porém, em um espaço muito reduzido. Assim, o estudo avaliou a fabricação de nanoestruturas metálicas que se utilizam das propriedades de confinamento da radiação eletromagnética para a confecção do que se denominam de dispositivos plasmônicos.

Marega Júnior orientou o pesquisador Rafael Bratifich, que estudou o tema em sua dissertação de mestrado. De acordo com o orientador, um dispositivo plasmônico pode ser comparado com uma antena, só que com dimensões muito pequenas e com capacidade de “condensar” as ondas eletromagnéticas em uma região muito pequena do espaço. Nestas condições, moléculas nas proximidades desta antena atuam como receptores e podem captar a radiação emitida.

Marcadores biológicos

No caso de biossensores, o objetivo deste dispositivo é detectar moléculas orgânicas que possuem alguma atividade óptica, tais como absorção ou mesmo fluorescência. Quanto menor a quantidade de material que é utilizado na detecção, mais sensível será o sensor. A utilização de estruturas plasmônicas na detecção de moléculas orgânicas permite que a quantidade de material (concentração de moléculas) das amostras usadas na análise possa ser reduzida devido ao confinamento do campo eletromagnético, até que se chegue a concentrações de algumas dezenas de moléculas, ou mesmo de apenas uma molécula.

A utilização de quantidades muito pequenas de material é importante no caso dos marcadores biológicos que identificam doenças tais como tumores cancerígenos, que podem ser marcadas com, por exemplo, a molécula de porfirina. Devido às próprias características do metabolismo de uma célula tumoral, a molécula de porfirina tem uma afinidade maior de ser absorvida por células deste tipo permanecendo por mais tempo no seu interior e ainda ser inofensiva a células sadias. A presença desta molécula num certo tecido biológico pode evidenciar a presença de células tumorais e no caso as estruturas plasmônicas podem ser utilizadas para a detecção de pequenas quantidades de células “marcadas” com esta molécula. As pesquisas na área de biossensoriamento são recentes e ainda não estão disponíveis comercialmente, porém em um futuro próximo a tecnologia poderá ser utilizada.

Bratfich aponta que a grande vantagem das nanoestruturas é a possibilidade de confinar campos eletromagnéticos na região visível do espectro de luz. Isso é muito interessante quando se trabalha com moléculas orgânicas. O método poderá ser aplicado para medir concentrações de soluções com moléculas que apresentem atividade óptica, entre outros estudos que poderão ser desenvolvidos utilizando essas nanoestruturas, devido a alta sensibilidade dos campos plasmônicos, em relação a alterações no meio que envolve as estruturas.

Além disso, os sensores utilizados hoje na detecção de compostos e inclusive de algumas doenças, incluindo o câncer, poderão passar por melhorias. “Nesta pesquisa, estudamos algumas moléculas, como, por exemplo, a porfirina e a rodamina. Entretanto, as nanoestruturas plasmônicas podem ser desenvolvidas para estudar e medir concentrações de DNA”, diz Rafael Bratifich, acrescentando que a plasmônica também poderá ser utilizada no desenvolvimento de filtros ópticos (usados em lentes de óculos e câmeras), bem como em sistemas de interferência óptica em redes de comunicações.

Há séculos que artistas plásticos utilizam efeitos plasmônicos em suas obras. O primeiro objeto em que se sabe que há esse fenômeno é o cálice de Licurgo (imagem acima), datado do século IV a.C. Na foto, observa-se que, ao iluminar a parte interna do objeto, há uma interação entre a luz e as nanopartículas de ouro e prata que foram misturadas no vidro do artefato, mudando a sua cor. Este é apenas um dos exemplos do efeito plasmônico aplicado na arte. Na Idade Média, os vitrais das igrejas católicas eram compostos por vidros incrustados com nanopartículas, cujas cores se alteravam conforme a incidência do sol mudava durante o dia.

Rui Sintra/Assessoria de Comunicação do IFSC

Mais informações: (16) 3373-9770

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