Chip Sensor Químico de Limite Quântico Permite Detecção Rápida e Precisa de Compostos Traço

Pesquisadores da Universidade de Buffalo estão relatando um avanço de um chip de detecção química que poderia levar a dispositivos portáteis que detectam produtos químicos traço — de drogas ilícitas a poluição — tão rapidamente quanto um bafômetro identifica álcool.

O chip também pode ter usos em monitoramento de segurança alimentar, antifalsificação e outros campos onde produtos químicos traço são analisados.

O trabalho baseia-se em pesquisa anterior do laboratório do Professor Qiaoqiang Gan que envolvia criar um chip que aprisiona luz nas bordas de 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" em luz de novas energias. Este efeito ocorre em padrões reconhecíveis que agem como impressões digitais de moléculas químicas ou biológicas, revelando informação sobre quais compostos estão presentes.

Como todos os produtos químicos têm assinaturas únicas de dispersão de luz, a tecnologia poderia eventualmente ser integrada em um dispositivo portátil para detectar drogas em sangue, respiração, urina e outras amostras biológicas. Também poderia ser incorporada em outros dispositivos para identificar produtos químicos no ar ou da água, bem como outras superfícies. O método de detecção é chamado espectroscopia Raman aprimorada de 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 irregularmente, poderia tornar moléculas dispersas difíceis de identificar, especialmente se aparecessem em diferentes locais do chip. Gan e uma equipe de pesquisadores têm trabalhado para remediar esta deficiência.

A equipe usou quatro moléculas (BZT, 4-MBA, BPT e TPT), cada uma com diferentes comprimentos, no processo de fabricação para controlar o tamanho dos espaços entre as nanopartículas de ouro e prata. O processo de fabricação atualizado baseia-se 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 excelente uniformidade que é relativamente barato de produzir. Mais importante, ele se aproxima de capacidades de detecção de limite quântico, diz Gan — um desafio para chips SERS convencionais.