Dispositivo Óptico Miniaturizado Conta Biomoléculas com Análise Avançada de Imagem

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

Um dispositivo foi desenvolvido que consiste em um chip óptico ultra-fino 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 em milhões de elementos nano-dimensionados arranjados de forma especial. Em uma certa frequência, estes elementos são capazes de espremer luz em volumes extremamente pequenos, criando "hotspots" ópticos ultrasensíveis. Quando luz brilha na metasuperfície e atinge uma molécula em um desses hotspots, a molécula é detectada imediatamente; de fato, a molécula se entrega mudando o comprimento de onda da luz que a atinge.

Usando luzes de diferentes cores na metasuperfície e tirando uma foto cada vez com uma câmera CMOS, pesquisadores são capazes de contar o número de moléculas em uma amostra e aprender exatamente o que está acontecendo no chip do sensor. Ferramentas inteligentes de ciência de dados são então usadas para analisar os milhões de pixels CMOS obtidos via este processo e identificar tendências. Pesquisadores demonstraram a capacidade de detectar e imaginar não apenas biomoléculas individuais nos hotspots, 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.