O mundo da nanofotônica tem visto progressos significativos nos últimos anos, particularmente no desenvolvimento de sensores capazes de detectar pequenas mudanças no seu ambiente. Sensores plasmônicos, que utilizam a interação da luz com nanoestruturas metálicas para registrar mudanças no nível de moléculas individuais, são particularmente valorizados por sua capacidade de detectar variações muito pequenas em seu entorno. Eles são cada vez mais importantes em áreas que vão desde diagnóstico médico até segurança alimentar e monitoramento ambiental, fornecendo uma plataforma versátil que pode responder até mesmo às menores alterações no índice de refração, uma medida de como a luz se curva ao passar por diferentes materiais.
A pesquisa foi liderada pelo Dr. Reza Kohandani e pelo Dr. Simarjeet Saini, da Universidade de Waterloo. O estudo deles, publicado na Scientific Reports, fornece um sensor baseado em nanorredes de ouro bidimensionais, minúsculos padrões periódicos que podem manipular a luz com alta precisão. Com um recurso integrado exclusivo que corrige erros causados por flutuações de temperatura, o dispositivo é otimizado para detectar alterações sutis no índice de refração em ambientes como a água.
Acontece que o sensor pode detectar mudanças muito pequenas nas condições ambientais com uma precisão impressionante. É importante ressaltar que ao usar um modo de referência especial isolado de interferências ambientais, a resolução do sensor é melhorada em mais de três vezes. Isto é particularmente útil em situações onde fatores externos, como temperatura ou vibração, podem distorcer as medições. Neste contexto, a autorreferência utiliza o sinal de referência interno do sensor para cancelar perturbações indesejadas do ambiente. Como explicou o Dr. Kohantani, “Ao incorporar o modo de auto-referência nas medições de sensibilidade, a resolução do sensor pode ser melhorada em mais de três vezes.” Essa abordagem reduz efetivamente o ruído nos dados, permitindo que o sensor alcance resultados mais consistentes ao longo do tempo.
A inovação reside não apenas na maior precisão, mas também na facilidade de fabricação. Ao contrário dos projetos anteriores que exigiam nanofabricação complexa e em várias etapas, este sensor foi feito com uma única etapa de litografia, o que significa que foi criado em uma etapa em vez de várias, tornando sua fabricação mais fácil e econômica. Além disso, a sua independência de polarização, a capacidade de trabalhar independentemente da orientação do campo elétrico da luz, contribuem para a sua praticidade para implantação no mundo real.
Além das conquistas técnicas, as implicações são amplas. Sensores plasmônicos altamente sensíveis têm o potencial de melhorar o diagnóstico clínico, detectando biomarcadores, os sinais biológicos de doenças, em concentrações muito baixas. Na segurança alimentar, os contaminantes podem ser identificados antes de chegarem ao consumidor. A monitorização ambiental poderia beneficiar desta tecnologia, particularmente na monitorização de poluentes ou derrames de produtos químicos em sistemas de água.
Kohantani e Dr. Saini enfatizaram a promessa do trabalho, dizendo: “Esta é a primeira demonstração de um sensor plasmônico de auto-referência altamente sensível com um modo de referência bem definido.” Tais avanços abrirão caminho para uma nova geração de plataformas de detecção portáteis, confiáveis e econômicas para operar em ambientes dinâmicos e desafiadores.
Nota de diário
Kohantani R., Saini S. “Sensor de plasmon de superfície auto-referenciado para aprimoramento de resolução.” Relatórios Científicos, 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-93102-5
Sobre os professores
Professor Saini Ele ingressou na Universidade de Waterloo como professor assistente em setembro de 2007. Ele é bacharel em tecnologia. (Hons) do Instituto Indiano de Tecnologia, Kharagpur (1996), e seu Ph.D. da Universidade de Maryland, College Park (2001). Seu doutorado. A tese tratou do projeto e desenvolvimento de uma nova tecnologia de plataforma para integração monolítica de dispositivos fotônicos chamada Acoplador Ressonante Ativo Passivo (PARC). O resultado levou à fundação de uma empresa start-up, Cowega Corporation, onde o Prof. Saini atuou como Engenheiro Líder de Dispositivos Optoeletrônicos. 2007. Ele liderou o projeto e desenvolvimento dos chips de faceta de ângulo único, amplificadores ópticos semicondutores e lasers de alta potência da Govega.
Em agosto de 2004, o Prof. Saini foi cofundador da Altanet Communications – uma start-up focada em redes metropolitanas baseadas em Ethernet com tempo de reconfiguração inferior a cinco ms usando inteligência no domínio óptico. De outubro de 2004 a setembro de 2005, Saini concluiu pós-doutorado na Universidade de Maryland, onde trabalhou em sensores bioquímicos e roteamento óptico de pacotes.
Reza Kohandani Ele recebeu seu doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação pela Universidade de Waterloo em 2024. Sua pesquisa de doutorado se concentrou em nanofotônica, com ênfase no projeto, fabricação e caracterização de nanoestruturas fotônicas para aplicações de detecção bioquímica. Atualmente, ele é pós-doutorado no Institute for Quantum Computing (IQC) da Universidade de Waterloo, onde trabalha no projeto e fabricação de qubits supercondutores há mais de um ano. Com mais de cinco anos de experiência em ambientes de salas limpas e fabricação micro/nano de dispositivos fotônicos e quânticos, o Dr. Kohantani traz uma forte experiência interdisciplinar para as áreas de nanofotônica e tecnologias quânticas.
