Aprovechar la energía de la luz en volúmenes a nanoescala requiere nuevos enfoques de ingeniería para superar una barrera fundamental conocida como el "límite de difracción". Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Illinois han violado esta barrera al desarrollar nanoantenas que empaquetan la energía capturada de las fuentes de luz, como los LED, en partículas con diámetros a escala nanométrica, lo que permite detectar biomoléculas individuales, catalizar reacciones químicas y generar fotones con propiedades deseables para la computación cuántica.
Los resultados, que tienen una amplia gama de aplicaciones que pueden incluir mejores herramientas de diagnóstico del cáncer, se publicaron recientemente en el Nano letras , una revista revisada por pares publicada por la American Chemical Society en un artículo titulado "Amplificación de la absorción sintonizada espectralmente mediada por microcavidad en nanoantenas plasmónicas", la investigación fue financiada por la National Science Foundation.
Para crear un dispositivo capaz de superar el límite de difracción, la estudiante graduada Qinglan Huang y su asesor, el Director del Laboratorio Holonyak, Brian T. Cunningham, profesor de ingeniería Donald Biggar Willett, unieron cristales fotónicos con una nanoantena plasmónica, un enfoque innovador en elcampo. Los cristales fotónicos sirven como receptores de luz y enfocan la energía en un campo electromagnético que es cientos de veces mayor que el recibido de la fuente de luz original, como un LED o láser. Las nanoantenas, cuando se "sintonizan" a la misma longitud de onda, absorben la energía del campo electromagnético y concentran la energía en un volumen más pequeño que es otro dos órdenes de magnitud de mayor intensidad. La retroalimentación de energía entre el cristal fotónico y la nanoantena, llamada "acoplamiento híbrido resonante" se puede observar por suefectos sobre el espectro de luz reflejada y transmitida.
"Obtener un acoplamiento cooperativo entre dos cosas es emocionante porque nunca se ha hecho", dijo Huang. "Es un concepto de propósito general que hemos demostrado experimentalmente por primera vez".
Para lograr esto, el equipo controló cuidadosamente la densidad de las nanoantenas para maximizar su eficiencia de recolección de energía. También desarrollaron un método que permitió que las nanoantenas se distribuyeran uniformemente a través de la superficie del cristal fotónico y sintonizó la longitud de onda de resonancia óptica del cristal fotónico para que coincidala longitud de onda de absorción de las nanoantenas.
Además de cambiar la forma en que los investigadores pueden trabajar con la luz, este nuevo método de acoplamiento tiene el potencial de cambiar cómo y cuándo se diagnostica el cáncer. Una aplicación es usar una nanopartícula de oro, no mucho más grande que las biomoléculas como el ADN, como la nanoantenaEn este caso, la retroalimentación proporciona una manera de identificar un biomarcador único para un determinado tipo de célula cancerosa, y el grupo ahora vincula la técnica de acoplamiento híbrido resonante con nuevos métodos de bioquímica para detectar moléculas de ARN y ADN específicas de cáncer con una sola molécula.precisión. Cunningham y otros miembros del Grupo Nanosensor pronto publicarán otro documento que se centra específicamente en las aplicaciones del descubrimiento en lo que respecta al diagnóstico del cáncer.
" Nano letras es una revista muy difícil de abordar ", dijo Cunningham." Pero la física novedosa en esta investigación y el potencial para aplicaciones amplias es lo que hace que esta investigación se destaque. Los próximos pasos de esta investigación implican profundizar en las aplicaciones potenciales deeste nuevo proceso
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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