Dispositivo combina óptica e análise de imagem para contar biomoléculas

A promessa da medicina personalizada envolve um dispositivo simples que mantém cada pessoa informada sobre seu nível de saúde, identifica até mesmo vestígios de biomarcadores indesejáveis ​​no sangue ou na saliva e serve como um sistema de alerta precoce para doenças.

Foi desenvolvido um dispositivo que consiste em um chip óptico ultrafino e miniaturizado que, quando acoplado a uma câmera CMOS padrão e alimentado por análise de imagem, é capaz de contar biomoléculas uma a uma em uma amostra e determinar sua localização.

A tecnologia é baseada em metasuperfícies – folhas de materiais artificiais cobertas por milhões de elementos nanométricos dispostos de maneira especial. Em uma certa frequência, esses elementos são capazes de comprimir a luz em volumes extremamente pequenos, criando “hotspots” ópticos ultrassensíveis. Quando a luz brilha na metasuperfície e atinge uma molécula em um desses pontos quentes, a molécula é detectada imediatamente; na verdade, a molécula se entrega alterando o comprimento de onda da luz que a atinge.

Usando luzes coloridas diferentes na metasuperfície e tirando uma foto a cada vez com uma câmera CMOS, os pesquisadores podem contar o número de moléculas em uma amostra e aprender exatamente o que está acontecendo no chip sensor. Ferramentas inteligentes de ciência de dados são usadas para analisar os milhões de pixels CMOS obtidos por meio desse processo e identificar tendências. Os pesquisadores demonstraram a capacidade de detectar e visualizar não apenas biomoléculas individuais nos pontos quentes, mas até mesmo uma única folha de grafeno com apenas um átomo de espessura.

Uma segunda versão do sistema foi desenvolvida na qual as metasuperfícies são programadas para ressoar em diferentes comprimentos de onda em diferentes regiões. A técnica é mais simples, mas também menos precisa na localização das moléculas.