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Sensores Plasmônicos - Chegando ao Límite da Detecção (NT006)

Os sensores plasmônicos ou sensores SPR (Surface Plasmon Ressonance) nos fazem antever a chegada do limite na capacidade de detecção de presença de substâncias químicas num ambiente. Essa nova tecnologia, que já está sendo aplicada com os recursos da nanotecnologia permite a detecção de uma molécula única de uma substância, o que significa o limite prático da capacidade de detecção de um sensor. Veja neste artigo como isso é possível e como funcionam os sensores SFR. Saiba ainda o que são os plásmons, uma entidade intermediária entre fótons e elétrons que está levando a um novo ramo da tecnologia, a plasmônica.

Para entendermos como essa nova tecnologia de sensores funciona, será interessante começarmos por entender um pouco o que são essas novas entidades do mundo das partículas elementares, e que na verdade ainda não podem ser consideradas como tal, os plásmons.

A plasmônica é resultante do confinamento de ondas eletromagnéticas em dimensões menores do que metade do comprimento de onda dos fótons que incidem no espaço livre.

Isso pode ser feito numa interface entre nanoestruturas metálicas, normalmente ouro e um dielétrico. O confinamento das ondas eletromagnéticas nestas nanoestruturas gera ondas superficiais no material denominadas "plásmons", conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 - Ondas superficiais se propagando num material
Figura 1 - Ondas superficiais se propagando num material

 

Se ocorrer um casamento entre as ondas formadas pelos plásmons e a luz incidente, que consistem também em ondas eletromagnéticas, ocorre um fenômeno de batimento conhecido como ressonância de plásmons localizada de superfície ou LSPR (Localized Surface Plasmon Ressonante). Este fenômeno concentra o campo eletromagnético num volume extremamente pequeno, menor do que algumas centenas de nanômetros cúbicos. Na figura mostramos o que ocorre com duas esferas de metal em nanoescala, concentrando os campos na presença dos plásmons.

 

Figura 2 - Campo concentrado por nanoesferas.
Figura 2 - Campo concentrado por nanoesferas.

 

O importante neste fenômeno é que estas nanoestruturas podem então ser facilmente detectadas pela presença do campo que concentra, bastando usar tecnologias como a microscopia eletrônica.

Basta então colocar uma estrutura apropriada no caminho dos plásmons, normalmente com arestas ou formas abruptas, para que elas possam concentrar os campos de modo a facilitar sua detecção.

Por exemplo, pesquisadores conseguiram criar nanoantenas, que seriam essas estruturas, tão pequenas que são capazes de detectar a presença de átomos individuais de hidrogênio.

Segundo os pesquisadores acreditam, os sensores plasmônicos são promissores na detecção de gases inflamáveis como o hidrogênio, que exige extrema sensibilidade. Este gás pode explodir em concentrações extremamente pequenas, da ordem de 4%.

No entanto, o mesmo tipo de sensor pode ser utilizado em meios líquidos o que o torna aplicável na detecção de uma grande variedade de materiais bioquímicos.

Na detecção de hidrogênio é usado o paládio como elemento catalisador, mas pode-se utilizar outros materiais como o rutênio, platina ou magnésio para a detecção de diversos outros tipos de gases como o dióxido de carbono e óxidos nítricos.

Na indústria química podem ser usados sensores capazes de detectar processos catalíticos bastando encontrar a substância apropriada como elemento catalisador.

Mas, o mais promissor é que o sistema pode ainda ser usado para detectar um evento biológico único, envolvendo uma simples molécula, o que vai abrir possibilidades enormes de sensoriamento na indústria e pesquisa bioquímicas.

 

Figura 3 - Estrutura de um sistema sensor plasmônico - imagem Universidade da Califórnia
Figura 3 - Estrutura de um sistema sensor plasmônico - imagem Universidade da Califórnia

 

Conclusão

Com os avançados da nanotecnologia possibilitando a construção de estruturas precisas cada vez menores, sensores plasmônicos capazes de detectar moléculas únicas orgânicas ou não estarão disponíveis.

Isso significará a possibilidade de termos equipamentos até então apenas vistos em filmes de ficção científica. O aparelhinho que o médico da Entreprise do filme Jornada nas Estrelas que pelo simples aproximar de um doente permite faz a detecção de sua doença pode estar muito mais perto da realidade do que podemos pensar.

 

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