Los códigos de barras amplían la gama de sensores de alta resolución
Los códigos de barras ópticos para detección multimodo tienen aplicaciones potenciales en diagnóstico biomédico, control medioambiental, detección química, etc
La misma peculiaridad geométrica que permite a los visitantes murmurar mensajes alrededor de la cúpula circular de la galería susurrante de la catedral de San Pablo de Londres o a través del arco susurrante de la estación Union de San Luis también permite construir sensores ópticos de alta resolución. Los resonadores en modo de galería susurrante (WGM) se utilizan desde hace décadas para detectar firmas químicas, cadenas de ADN e incluso moléculas individuales.
Del mismo modo que la arquitectura de una galería de susurros curva y concentra las ondas sonoras, los microrresonadores WGM confinan y concentran la luz en una diminuta trayectoria circular. Esto permite a los resonadores WGM detectar y cuantificar características físicas y bioquímicas, lo que los hace ideales para aplicaciones de detección de alta resolución en campos como el diagnóstico biomédico y la vigilancia medioambiental. Sin embargo, el amplio uso de los resonadores WGM se ha visto limitado por su estrecho rango dinámico, así como por su limitada resolución y precisión.
En un estudio reciente, Lan Yang, catedrático Edwin H. & Florence G. Skinner, y Jie Liao, investigador postdoctoral asociado, ambos del Departamento Preston M. Green de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de la Escuela McKelvey de Ingeniería de la Universidad de Washington en San Luis, demuestran un enfoque transformador para superar estas limitaciones: los códigos de barras ópticos WGM para la detección multimodo. La innovadora técnica de Liao y Yang permite la monitorización simultánea de varios modos resonantes dentro de un único resonador WGM, teniendo en cuenta las respuestas distintivas de cada modo, lo que amplía enormemente la gama de mediciones posibles.
La detección WGM utiliza una longitud de onda de luz específica que puede circular millones de veces por el perímetro del microrresonador. Cuando el sensor encuentra una molécula, la frecuencia de resonancia de la luz circulante cambia. Los investigadores pueden medir ese cambio para detectar e identificar la presencia de moléculas específicas.
"La detección multimodo nos permite captar múltiples cambios de resonancia en la longitud de onda, en lugar de sólo uno", explica Liao. "Con múltiples modos, podemos ampliar la detección óptica WGM a una mayor gama de longitudes de onda, lograr una mayor resolución y precisión y, en última instancia, detectar más partículas".
Liao y Yang hallaron el límite teórico de la detección WGM y lo utilizaron para estimar la capacidad de detección de un sistema multimodo. Compararon la detección monomodo convencional con la detección multimodo y determinaron que, mientras que la detección monomodo está limitada a un rango muy estrecho -unos 20 picómetros (pm)-, restringido por el hardware del láser, el rango de detección multimodo es potencialmente ilimitado utilizando la misma configuración.
"Más resonancia significa más información", explica Liao. "En teoría, el alcance es infinito, pero en la práctica estamos limitados por el aparato de detección. En este estudio, el límite experimental que encontramos era unas 350 veces mayor con el nuevo método que con el método convencional de detección WGM".
Según Yang, las aplicaciones comerciales de la detección WGM multimodo podrían incluir usos biomédicos, químicos y medioambientales. En aplicaciones biomédicas, por ejemplo, los investigadores podrían detectar cambios sutiles en las interacciones moleculares con una sensibilidad sin precedentes para mejorar el diagnóstico de enfermedades y el descubrimiento de fármacos. En la vigilancia del medio ambiente, gracias a la capacidad de detectar cambios diminutos en parámetros ambientales como la temperatura y la presión, la detección multimodo podría habilitar sistemas de alerta temprana de catástrofes naturales o facilitar el control de los niveles de contaminación del aire y el agua.
Esta nueva tecnología también permite la monitorización continua de reacciones químicas, como demuestran los recientes experimentos realizados por el grupo de Yang. Esta capacidad es prometedora para el análisis y control en tiempo real de procesos químicos, lo que ofrece aplicaciones potenciales en campos como la industria farmacéutica, la ciencia de materiales y la industria alimentaria.
"La sensibilidad ultraelevada de los resonadores WGM nos permite detectar partículas e iones individuales, pero el potencial de esta potente tecnología no se ha aprovechado plenamente porque no podemos utilizar este sensor ultrasensible directamente para medir una incógnita completa", añade Liao. "La detección multimodo permite esa mirada a lo desconocido. Al ampliar nuestro rango dinámico para observar millones de partículas, podemos emprender proyectos más ambiciosos y resolver problemas del mundo real."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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