Um chip de detecção acessível quantum-limit-aproximando-se para análise química de rastreamento

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Um chip de detecção acessível, quantum-limit-aproximando-
se para análise química de rastreamento
Estudo mostra melhorias no chip de detecção de produtos químicos que visa identificar medicamentos e
outros produtos químicos com rapidez e precisão.
Crédito da imagem: Huaxiu Chen, Universidade de Buffalo
Pesquisadores da Universidade de Buffalo estão relatando um avanço de um chip de detecção química
que pode levar a dispositivos portáteis que detectam produtos químicos vestigiais – desde drogas ilícitas
até poluição – tão rapidamente quanto um bafômetro identifica álcool.
O chip, que também pode ter usos no monitoramento de segurança alimentar, anti-falsificação e outros
campos onde os vestígios químicos são analisados, é descrito em um estudo publicado na revista
Advanced Optical Materials.
“Há uma grande necessidade de sensores químicos portáteis e econômicos em muitas áreas,
especialmente o abuso de drogas”, diz o principal autor do estudo, Qiaoqiang Gan, Ph.D., professor de
engenharia elétrica na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UB.
O trabalho baseia-se em pesquisas anteriores do laboratório de Gan que envolveu a criação de um chip
que prende a luz nas bordas das nanopartículas de ouro e prata.
Quando moléculas biológicas ou químicas pousam na superfície do chip, parte da luz capturada interage
com as moléculas e é “dispersa” à luz de novas energias. Este efeito ocorre em padrões reconhecíveis
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que atuam como impressões digitais de moléculas químicas ou biológicas, revelando informações sobre
quais compostos estão presentes.
Como todos os produtos químicos têm assinaturas únicas de dispersão de luz, a tecnologia pode
eventualmente ser integrada em um dispositivo portátil para detectar drogas no sangue, respiração,
urina e outras amostras biológicas. Também pode ser incorporado em outros dispositivos para identificar
produtos químicos no ar ou na água, bem como em outras superfícies.
O método de detecção é chamado de espectroscopia Raman aprimorada à superfície (SERS).
Embora eficaz, o chip que o grupo Gan criou anteriormente não era uniforme em seu design. Como o
ouro e a prata eram espaçados de forma desigual, isso poderia dificultar a identificação de moléculas
dispersas, especialmente se elas aparecessem em diferentes locais do chip.
Gan e uma equipe de pesquisadores – com membros de seu laboratório na UB e pesquisadores da
Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia na China e da Universidade de Ciência e Tecnologia
King Abdullah, na Arábia Saudita – têm trabalhado para remediar essa falha.
A equipe usou quatro moléculas (BZT, 4-MBA, BPT e TPT), cada uma com comprimentos diferentes, no
processo de fabricação para controlar o tamanho das lacunas entre as nanopartículas de ouro e prata. O
processo de fabricação atualizado é baseado em duas técnicas, deposição de camada atômica e
monocamadas auto-montadas, em oposição ao método mais comum e caro para chips SERS, litografia
de feixe de elétrons.
O resultado é um chip SERS com uniformidade sem precedentes que é relativamente barato de produzir.
Mais importante ainda, aborda as capacidades de sensoriamento de limite quântico, diz Gan, que foi um
desafio para os chips SERS convencionais
“Achamos que o chip terá muitos usos, além de dispositivos de detecção de drogas portáteis”, diz o
primeiro autor deste trabalho, Nan Zhang, Ph.D., pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Gan.
“Por exemplo, poderia ser usado para avaliar a poluição do ar e da água ou a segurança dos alimentos.
Poderia ser útil nos setores de segurança e defesa, e tem um tremendo potencial nos cuidados de
saúde.”
Referência: Nan Zhang, et al., Large-Scale Sub-1-nm Gaps aleatórias que se aproximam do limite
superior quântico para sensoriamento químico quantitativo, materiais ópticos avançados (2020). DOI:
adom.202001634
Comunicado de imprensa fornecido pela Universidade de Buffalo
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202001634
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