Pesquisadores desenvolvem implantação de matriz de nanopartículas para detecção sensível e reutilizável

Pesquisadores da Universidade Jiao Tong de Xangai (SJTU) desenvolveram um sistema de microfluídica de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS) altamente sensível e reutilizável que atingiu um limite de detecção inferior a 10 ppt (partes por trilhão) de substâncias nocivas.

O trabalho, relatado no Revista Internacional de Manufatura Extremapoderia ampliar as aplicações de detecção microfluídica ultrassensível, eficaz e de baixo custo em diagnóstico biomédico, monitoramento ambiental e segurança alimentar.

A integração de nanopartículas plasmônicas em chips microfluídicos com alta precisão e estabilidade é a base de uma detecção altamente sensível e reutilizável.

“Como montar nanopartículas bem projetadas em microcanais é um problema crítico”, disse o Dr. Yongxiang Hu, primeiro autor do artigo e professor da Escola de Engenharia Mecânica da SJTU.

“Na maioria das pesquisas, o substrato SERS-ativo é fabricado separadamente com antecedência e então integrado com chips microfluídicos, sofrendo de baixa eficiência de fabricação e custos altos. Precisamos encontrar uma técnica rápida e acessível. Aqui estamos dizendo, por que não implantar nanopartículas no microcanal diretamente?”

Nos últimos anos, a estruturação direta de laser de femtossegundo tem sido usada para desenvolver muitos sistemas SERS microfluídicos de alta sensibilidade, oferecendo várias rotas flexíveis de fabricação de interface SERS-ativa.

As nanopartículas podem ser sintetizadas em microcanais para detecção de SERS com resolução tão baixa quanto 10^-10 mol/L usando fotorredução induzida por laser. No entanto, nanopartículas reduzidas por laser são suscetíveis à oxidação quando expostas ao ar, o que afetará sua vida útil. Além disso, as estruturas fabricadas por laser são desafiadoras para controlar de forma uniforme, limitando a melhoria da sensibilidade e reprodutibilidade.

Usando a tecnologia de transferência direta induzida por laser de femtossegundo (fs-LIFT), os pesquisadores implantaram a nanopartícula em uma rede quadrada com um passo uniforme de cerca de 400 nm, alcançando um desvio médio de apenas 3%. Um notável aprimoramento do campo eletromagnético resultou em um limite de detecção menor que 10^-11 mol/L. Além disso, a matriz fabricada mostra excelente reutilização após diversas limpezas físicas e químicas, devido à incorporação robusta de nanopartículas implantadas com fs-LIFT.

Graças à alta estabilidade e sensibilidade, os pesquisadores usaram esse método para fabricar um sistema microfluídico SERS e monitorar a reação de oxidação on-line, o que os ajuda a inferir o caminho da reação.

Os pesquisadores continuam o trabalho, esperando melhorar ainda mais a sensibilidade reduzindo o tamanho das partículas e o pitch do arranjo. Eles esperam que a tecnologia seja usada em detecção biomédica para aplicações de triagem e diagnóstico de doenças no futuro.