Anel de laser detecta e conta nanopartículas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/06/2011

Uma nanopartícula perturba o "modo" do laser, que se divide em duas frequências (que aparecem aqui como duas cores diferentes). A divisão de frequência atua como uma régua, que permite que a partícula seja medida. O detalhe, no canto superior direito, mostra uma partícula pousando sobre o microlaser.
[Imagem: J. Zhu et al./WUSTL]

Um minúsculo feixe de laser, em formato de anel, é a última maravilha da miniaturização.

Construído de silício, ele poderá se tornar uma ferramenta insubstituível em um mundo no qual as nanopartículas desempenham um papel cada vez maior.

Importância das nanopartículas

As partículas muito pequenas, sejam naturais ou sintéticas, desempenham um papel muito importante em nossa vida cotidiana.

Partículas de vírus nos deixam doentes, partículas em suspensão controlam a formação das nuvens, e partículas de fuligem que saem dos escapamentos, das chaminés e dos cigarros danificam nossos pulmões.

Por outro lado, nanopartículas sintéticas são cada vez mais importantes na construção de novos materiais super resistentes e no transporte de medicamentos diretamente para os locais onde eles são necessários, inibindo os efeitos colaterais causados quando esses medicamentos vão para lugares que não precisam deles.

Mas lidar com essas nanopartículas, que muitas vezes são tão pequenas que não podem ser vistas nem mesmo por microscópios ópticos, exige novas ferramentas.

Sensor de microlaser

Lan Yang e seus colegas da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, criaram uma dessas ferramentas, um microlaser, menor do que a ponta de um alfinete, capaz de detectar e contar todas essas nanopartículas, sejam aerossóis ou vírus.

O sensor pertence a uma categoria chamada ressonadores de galeria sussurrante, inspiradas na Catedral de São Paulo, em Londres, onde o som viaja mais longe do que o normal porque as ondas refletem ao longo de uma parede côncava.

Com a diferença de que, no anel de laser, em vez de ressonar as ondas sônicas, o sensor faz o mesmo com as ondas de luz.

A viajar pelo anel de laser, a luz é perturbada por qualquer partícula que caia no anel, o que provoca uma mudança em sua frequência. Essa alteração pode ser medida, servindo como uma "leitura" da nanopartícula.

Excitando mais do que um "modo" no anel de laser, os cientistas podem aumentar a precisão da medição, estabelecendo uma dupla contagem. E, alterando o meio de ganho de laser, é possível adaptar o sensor para água, em vez do ar.

Os "modos" são padrões de excitação no anel, com a mesma frequência, um viajando no sentido horário e outro no sentido anti-horário.

Detectando DNA

O novo sensor difere dos anteriores, também baseados em galerias sussurrantes, na medida que ele próprio é um laser em miniatura, em vez de uma cavidade de ressonância de um laser externo.

"A luz usada para a detecção é gerada no interior do próprio ressonador e, por isso, é mais pura do que a luz no sensor passivo," explicou Yang. "Quando a luz não é tão pura, você pode não ser capaz de ver mudanças de frequência muito sutis," o que representa uma queda na precisão das medições.

A equipe quer agora reprojetar a superfície desses minúsculos microlasers para que seja possível detectar DNA e outras moléculas biológicas.

Se o DNA for marcado com nanopartículas, o sensor de microlaser poderá contar moléculas individuais de DNA ou fragmentos delas.

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