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Físicos da Australian National University (ANU) estão usando nanopartículas para desenvolver novas fontes de luz que nos permitirão “abrir a cortina” no mundo de objetos extremamente pequenos – milhares de vezes menores que um fio de cabelo humano – com grandes ganhos para tecnologias médicas e outras.
As descobertas, publicadas na Science Advances, podem ter grandes implicações para a ciência médica, oferecendo uma solução acessível e eficaz para analisar objetos minúsculos que são pequenos demais para os microscópios verem, sem falar no olho humano. O trabalho também pode ser benéfico para a indústria de semicondutores e melhorar o controle de qualidade da fabricação de chips de computador.
A tecnologia ANU usa nanopartículas cuidadosamente projetadas para aumentar a frequência da luz que as câmeras e outras tecnologias veem em até sete vezes. Os pesquisadores dizem que “não há limite” para quão alta a frequência da luz pode ser aumentada. Quanto maior a frequência, menor o objeto que podemos ver usando essa fonte de luz.
A tecnologia, que requer apenas uma única nanopartícula para funcionar, pode ser implementada em microscópios para ajudar os cientistas a ampliar o mundo das coisas superpequenas com 10 vezes a resolução dos microscópios convencionais. Isso permitiria aos pesquisadores estudar objetos que, de outra forma, seriam pequenos demais para serem vistos, como as estruturas internas das células e vírus individuais.
Ser capaz de analisar objetos tão pequenos pode ajudar os cientistas a entender melhor e combater certas doenças e problemas de saúde.
“Os microscópios convencionais só são capazes de estudar objetos maiores que cerca de um décimo de milionésimo de metro. No entanto, há uma demanda crescente em uma variedade de setores, incluindo o campo médico, para poder analisar objetos muito menores até um bilionésimo de metro ”, principal autor Dr. Anastasiia Zalogina, da ANU Research School of Physics e da Universidade de Adelaide, disse.
“Nossa tecnologia pode ajudar a atender a essa demanda.”
Os pesquisadores dizem que a nanotecnologia desenvolvida pela ANU pode ajudar a criar uma nova geração de microscópios que podem produzir imagens muito mais detalhadas.
“Os cientistas que desejam gerar uma imagem altamente ampliada de um objeto extremamente pequeno em nanoescala não podem usar um microscópio óptico convencional. Em vez disso, eles devem confiar em técnicas de microscopia de super-resolução ou usar um microscópio eletrônico para estudar esses objetos minúsculos”, disse Zalogina.
“Mas essas técnicas são lentas e a tecnologia é muito cara, muitas vezes custando mais de um milhão de dólares.
“Outra desvantagem da microscopia eletrônica é que ela pode danificar amostras delicadas que estão sendo analisadas, enquanto os microscópios baseados em luz atenuam esse problema.”
Feixes de luz que percebemos como cores diferentes do arco-íris são ondas eletromagnéticas que oscilam com diferentes frequências.
O que vemos como vermelho é a frequência mais baixa que nossos olhos podem detectar. Mesmo frequências mais baixas não visíveis ao olho humano são chamadas de infravermelho. Violeta tem a maior frequência de luz que podemos ver. O ultravioleta, que tem uma frequência ainda maior, é invisível ao olho humano.
Embora nossos olhos não possam detectar a luz infravermelha e ultravioleta, podemos ‘vê-la’ usando câmeras e outras tecnologias.
O co-autor Dr. Sergey Kruk, também da ANU, disse que os pesquisadores estão interessados em alcançar frequências muito altas de luz, também conhecidas como ‘ultravioleta extremo’.
“Com a luz violeta, podemos ver coisas muito menores em comparação com a luz vermelha. E com fontes de luz ultravioleta extremas podemos ver coisas além do que é possível usando os microscópios convencionais de hoje”, disse o Dr. Kruk.
O Dr. Kruk disse que a tecnologia ANU também pode ser usada na indústria de semicondutores como uma medida de controle de qualidade para garantir um processo de fabricação simplificado.
“Os chips de computador consistem em componentes muito pequenos com tamanhos de recursos quase tão pequenos quanto um bilionésimo de metro. Durante o processo de produção do chip, seria benéfico para os fabricantes usar fontes minúsculas de luz ultravioleta extrema para monitorar esse processo em tempo real para diagnosticar qualquer problema no início”, disse ele.
“Dessa forma, os fabricantes poderiam economizar recursos e tempo em lotes de chips ruins, aumentando assim o rendimento da fabricação de chips. Estima-se que um aumento de um por cento no rendimento da fabricação de chips de computador se traduza em uma economia de dois bilhões de dólares.
“A indústria ótica e fotônica em expansão da Austrália é representada por quase 500 empresas e responde por cerca de US$ 4,3 bilhões em atividades econômicas, tornando nosso ecossistema de alta tecnologia bem posicionado para adotar novos tipos de fontes de luz para alcançar novos mercados globais em indústrias de nanotecnologia e pesquisa .”
Este trabalho foi realizado em colaboração com pesquisadores da Universidade de Brescia, da Universidade do Arizona e da Universidade da Coreia.
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