Un sensore che si basa sulla luce riflessa per analizzare campioni biomedici e chimici ora ha una maggiore sensibilità, grazie a un tappeto di nanoparticelle d'oro. Xia Yu dell'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology, insieme ai suoi studenti e colleghi, ha determinato la dimensione ideale della nanoparticella per migliorare i sensori di risonanza plasmonica di superficie (SPR).

Tali sensori contengono un prisma con una faccia ricoperta da una sottile pellicola d'oro. Mentre la luce laser brilla attraverso il prisma, riflette principalmente l'oro in un rilevatore. Però, se la luce colpisce l'oro con un'angolazione particolare, alcuni di essi si accoppiano con gli elettroni nel metallo per produrre onde elettromagnetiche chiamate polaritoni plasmonici di superficie. Un accoppiamento più forte porta a una minore riflessione della luce verso il rilevatore.

Quando un campione liquido scorre attraverso il film d'oro, cambia l'indice di rifrazione in quella regione e altera leggermente l'angolo con cui la luce arriva al metallo. Ciò ostacola la formazione di polaritoni, il che significa che una maggiore quantità di luce viene riflessa verso il rivelatore. Variando l'angolo del raggio laser e monitorando l'intensità della luce riflessa si rivela la composizione dei campioni che scorrono sulla superficie metallica.

Altri ricercatori hanno dimostrato che le nanoparticelle d'oro possono migliorare la reattività del sensore. La luce in entrata genera risonanze plasmoniche localizzate attorno alle nanoparticelle che si accoppiano alla superficie del sensore, che provoca maggiori cambiamenti nell'intensità della luce riflessa. Ciò rende il dispositivo più sensibile all'angolo di arrivo della luce e quindi in grado di rilevare concentrazioni inferiori delle sostanze chimiche in esame.

Il team di Yu ha calcolato le risposte ottiche di quattro diverse nanoparticelle d'oro, con un diametro compreso tra 40 e 80 nanometri, determinando che sarebbero più efficaci se tenute a circa 5 nanometri sopra la superficie dell'oro. I ricercatori hanno quindi montato le diverse nanoparticelle su pellicole d'oro utilizzando una molecola contenente zolfo chiamata ditiotreitolo, che forniva il gap ottimale di 5 nanometri.

I calcoli del team avevano suggerito che il campo elettrico dei polaritoni plasmonici superficiali sarebbe stato centinaia di volte maggiore quando fossero state aggiunte particelle di 40 nanometri alla superficie. "Più forte è il campo elettrico, più sensibili sono i sensori, " afferma Yu. I test che utilizzano diverse concentrazioni di soluzioni di glicerina e formammide hanno confermato che le particelle da 40 nanometri offrivano il maggiore aumento della sensibilità. "Il limite di rilevamento è di almeno tre ordini di grandezza superiore rispetto agli attuali sensori SPR commerciali, "dice Yu.

Yu ora spera di applicare questa scoperta a sensori ultrasensibili in grado di rilevare tracce di biomarcatori del cancro.