Tendencias21

Sensores de moléculas para detectar obras falsificadas

Científicos de la Universidad de Buffalo (EE.UU.) han mejorado un método de espectroscopía para crear sensores de moléculas más eficientes, que podrían usarse para detectar obras de arte falsificadas o contaminantes en el aire.

Sensores de moléculas para detectar obras falsificadas

De la seguridad del aeropuerto y la detección de explosivos, a la autenticación de pinturas por historiadores del arte, la sed de la sociedad por sensores de gran alcance es cada vez mayor.

Pocas técnicas de detección pueden igualar la expectación generada por la Espectroscopia Raman Potenciada de Superficie (SERS, por sus siglas en inglés), informa la Universidad de Buffalo (Nueva York, EE.UU.).

Descubierta en la década de 1970, SERS es una técnica de detección muy apreciada por su capacidad para identificar moléculas químicas y biológicas en una amplia gama de campos. Se ha comercializado, pero no mucho, porque los materiales necesarios para realizar la detección se consumen durante el uso, y son relativamente caros y complicados de fabricar.

Ahora, un equipo internacional de investigadores dirigido por ingenieros de la Universidad de Buffalo ha desarrollado nanotecnología que promete hacer SERS más simple y más asequible.

Descrito en un artículo de investigación publicado en la revista Advanced Materials Interfaces, el avance, en el campo de la fotónica, tiene como objetivo mejorar nuestra capacidad para detectar trazas de moléculas de enfermedades, agentes de guerra química, obras de arte fraudulentas, contaminantes ambientales y más.

«La tecnología que estamos desarrollando -un sustrato universal para SERS- es única y, potencialmente, revolucionaria. Nos permite identificar rápidamente y medir moléculas químicas y biológicas utilizando una nanoestructura de banda ancha que captura una amplia gama de la luz», dice Qiaoqiang Gan, profesor de ingeniería eléctrica y autor principal del estudio.

Láser

Cuando un láser de gran alcance interactúa con moléculas químicas y biológicas, el proceso puede excitar modos de vibración de estas moléculas y producir dispersión inelástica, también llamada dispersión Raman, de la luz.

A medida que el rayo impacta con estas moléculas, puede producir fotones que tienen una frecuencia diferente de la luz láser. Aunque rica en detalles, la señal de dispersión es débil y difícil de leer sin un láser muy potente. SERS aborda el problema mediante la utilización de un sustrato nanoestructurado que mejora significativamente el campo de luz en la superficie y, por lo tanto, la intensidad de la dispersión Raman.

Desafortunadamente, los sustratos tradicionales están diseñados típicamente solamente para una gama muy estrecha de longitudes de onda. Esto es problemático porque se necesitan diferentes sustratos si los científicos quieren usar un láser diferente para probar las mismas moléculas. A su vez, esto requiere más moléculas químicas y sustratos, aumento de los costes y del tiempo para realizar la prueba.

Sustrato universal

El sustrato universal resuelve el problema, ya que puede capturar un amplio rango de longitudes de onda y meterlas en huecos muy pequeños para crear un campo de luz muy potenciado.

La tecnología consiste en una película delgada de plata o de aluminio que actúa como un espejo, y una capa dieléctrica de sílice o alúmina. El dieléctrico separa el espejo con nanopartículas metálicas pequeñas espaciadas al azar en la parte superior del sustrato.

«Actúa de forma similar a una llave maestra. En lugar de necesitar diferentes sustratos para medir señales Raman excitadas por diferentes longitudes de onda, sólo se necesita uno. Al igual que una llave maestra que abre muchas puertas», explica Nan Zhang, del departamento de Ingeniería Eléctrica.

Aplicaciones

«Las aplicaciones de un dispositivo de este tipo son de largo alcance», añade Kai Liu, también de Ingeniería Eléctrica. «La capacidad de detectar incluso cantidades pequeñas de moléculas químicas y biológicas podría ser útil con biosensores que se utilizan para detectar enfermedades.»

Podría usarse también para identificar de productos químicos usados ​​en ciertos tipos de pintura. Esto podría ser útil para detectar piezas de arte falsificadas, así como para restaurar piezas de arte envejecidas.

Además, la tecnología podría mejorar la capacidad de los científicos para detectar pequeñas cantidades de toxinas en el aire, el agua o en otros espacios, que causan problemas de salud. Y podría ayudar en la detección de armas químicas.

La Fundación Nacional para la Ciencia apoya la investigación con una subvención para desarrollar un sistema biosensor in vivo y en tiempo real. Gan comparte la subvención con Josep Miquel Jornet y Zhi Sun, ambos profesores de ingeniería eléctrica en la Universidad de Buffalo.

Gan es miembro del grupo de investigación de óptica de ingeniería eléctrica y de fotónica de la universidad. El grupo lleva a cabo investigación en nanofotónica, biofotónica, materiales y dispositivos híbridos orgánicos / inorgánicos, metamateriales, nanoplasmónica, optofluidos, sistemas microelectromecánicos, sistemas biomédicos microelectromecánicos, biosensores y procesamiento de información cuántica.

Referencia bibliográfica:

Nan Zhang et al.: Ultrabroadband Metasurface for Efficient Light Trapping and Localization: A Universal Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrate for “All” Excitation Wavelengths. Advanced Materials Interfaces (2015). DOI: 10.1002/admi.201500142

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Paisajes perdidos: cómo la inteligencia artificial resucita la Europa que Felipe II transformó 5 junio, 2025
    Durante siglos, las marismas y lagunas de Europa Central fueron drenadas y convertidas en campos de cultivo, siguiendo técnicas que se expandieron desde la época de Felipe II. Una nueva técnica utiliza inteligencia artificial y mapas históricos para devolver la vida —al menos digitalmente— a esos paisajes desaparecidos, permitiendo comprender cómo el pasado sigue influyendo […]
    Redacción T21
  • Asteroides "invisibles" alrededor de Venus podrían ser una amenaza para la Tierra 5 junio, 2025
    Un nuevo estudio sugiere que los "asteroides coorbitales" no identificados alrededor de Venus pueden tener la capacidad de impactar contra nuestro planeta en el futuro, con consecuencias potencialmente devastadoras. Sin embargo, no existe una amenaza inmediata.
    Redacción T21
  • La sombra de la minería submarina se cierne sobre el futuro de los océanos 5 junio, 2025
    Del 9 al 13 de junio Niza acogerá la Tercera Conferencia de la ONU sobre el Océano, orientada a fortalecer la gobernanza marina y movilizar recursos para el ODS 14. No obstante, el creciente impulso hacia la minería en aguas profundas, un tema que divide a la comunidad internacional, desafía la capacidad de la conferencia […]
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Una IA es acusada de acoso sexual, incluso a menores de edad 4 junio, 2025
    Las reseñas de los usuarios de Replika, un popular chatbot de IA, informan que habrían sido víctimas de acoso sexual: incluso, algunos de esos usuarios serían menores de edad, según un nuevo estudio.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • El ADN ambiental permite rastrear casi cualquier cosa sobre el planeta 4 junio, 2025
    Los investigadores han revelado un nuevo medio para rastrear casi todo, desde vida silvestre a sustancias ilícitas, usando ADN ambiental detectable en el aire a nuestro alrededor. La captura y análisis del ADN ambiental (eDNA) se posiciona como una nueva herramienta revolucionaria para estudiar la biodiversidad y vigilar la salud pública, sin necesidad de interacción […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Revolución en las venas: Japón ensaya una sangre artificial que cambiará la medicina global 4 junio, 2025
    Japón está a punto de reescribir la historia de la medicina transfusional. Científicos de la Universidad Médica de Nara han desarrollado una sangre artificial que no solo es compatible con todos los grupos sanguíneos, sino que puede almacenarse durante dos años a temperatura ambiente, una hazaña que en 2030 podría salvar millones de vidas en […]
    Redacción T21
  • Revelan fuerzas ocultas en la profundidad de los océanos de la Tierra 4 junio, 2025
    Un equipo internacional de científicos utilizó datos satelitales para descubrir poderosos remolinos submarinos, que modifican nuestra comprensión de la dinámica del clima oceánico y muestran que muchos fenómenos de este tipo han sido subestimados hasta hoy.
    Redacción T21
  • La ingeniería entra en una nueva era: Alemania presenta al primer ingeniero IA del mundo 4 junio, 2025
    El primer ingeniero IA del mundo ha nacido en Alemania: integra cuatro agentes de inteligencia artificial, cada uno especializado en una fase del proceso ingenieril, y un científico inteligente especializado en dinámica de fluidos.
    Redacción T21
  • Descubren rastros de una enigmática civilización antigua en Colombia 3 junio, 2025
    Un equipo internacional de investigadores analizó el ADN de 21 conjuntos de restos humanos recolectados de cinco sitios en la meseta del Altiplano, en el centro de Colombia: los registros muestran la existencia de una población antigua, con una genética no relacionada con cualquier descendencia moderna. Se trataría de una civilización que puede haber sido […]
    Pablo Javier Piacente / T21.
  • Crean una tela inteligente que mide constantes vitales mediante el sonido 3 junio, 2025
    Investigadores suizos han desarrollado productos textiles inteligentes que utilizan ondas acústicas en lugar de electrónica para medir el tacto, la presión y el movimiento con precisión. El secreto es el uso de microfibras de vidrio que emiten y recepcionan las señales sonoras.
    Pablo Javier Piacente / T21