Dispositivo que combina óptica y análisis de imágenes para contar biomoléculas

La promesa de la medicina personalizada implica un dispositivo simple que mantiene a cada persona informada sobre su nivel de salud, identifica incluso pequeñas cantidades de biomarcadores indeseables en la sangre o la saliva y sirve como un sistema de alerta temprana de enfermedades.

Se desarrolló un dispositivo que consta de un chip óptico miniaturizado y ultradelgado que, cuando se combina con una cámara CMOS estándar y funciona con análisis de imágenes, puede contar las biomoléculas una por una en una muestra y determinar su ubicación.

La tecnología se basa en metasuperficies:láminas de materiales artificiales cubiertas de millones de elementos de tamaño nanométrico dispuestos de una manera especial. A cierta frecuencia, estos elementos pueden comprimir la luz en volúmenes extremadamente pequeños, creando "puntos calientes" ópticos ultrasensibles. Cuando la luz brilla sobre la metasuperficie y golpea una molécula en uno de estos puntos críticos, la molécula se detecta de inmediato; de hecho, la molécula se delata cambiando la longitud de onda de la luz que la golpea.

Al usar luces de diferentes colores en la metasuperficie y tomar una fotografía cada vez con una cámara CMOS, los investigadores pueden contar la cantidad de moléculas en una muestra y aprender exactamente qué está sucediendo en el chip del sensor. A continuación, se utilizan herramientas inteligentes de ciencia de datos para analizar los millones de píxeles CMOS obtenidos a través de este proceso e identificar tendencias. Los investigadores demostraron la capacidad de detectar y obtener imágenes no solo de biomoléculas individuales en los puntos críticos, sino incluso de una sola hoja de grafeno de solo un átomo de espesor.

Se desarrolló una segunda versión del sistema en la que las metasuperficies están programadas para resonar a diferentes longitudes de onda en diferentes regiones. La técnica es más simple pero también menos precisa para localizar las moléculas.