Un equipo de investigación formado por el profesor Kyoung-Duck Park y Taeyoung Moon y Huitae Joo, candidatos a doctorado, del Departamento de Física de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha diseñado un «sensor espectroscópico de oro nanogap de banda ancha» utilizando un material flexible capaz de Doblando para crear un espacio controlado. Con la tecnología desarrollada, es posible probar rápidamente varios tipos de materiales, incluidos virus de enfermedades infecciosas, utilizando un solo sensor nanoespectroscópico para encontrar huellas dactilares moleculares.
La aparición de epidemias pandémicas como la de la COVID-19 ha puesto de relieve la necesidad de contar con métodos analíticos rápidos y precisos para prepararse ante posibles brotes virales futuros. La espectroscopia Raman, que utiliza nanoestructuras de oro, ofrece información sobre la estructura interna y las propiedades químicas de los materiales mediante el análisis de las distintas vibraciones de moléculas conocidas como «huellas dactilares moleculares», utilizando luz con una sensibilidad notable. Por tanto, podría desempeñar un papel crucial a la hora de determinar la positividad de un virus.
Sin embargo, los sensores de espectroscopía Raman de alta sensibilidad convencionales detectan solo un tipo de virus con un solo dispositivo, lo que plantea limitaciones en términos de productividad, velocidad de detección y costo al considerar aplicaciones clínicas.
El equipo de investigación fabricó con éxito una estructura unidimensional a escala milimétrica, con nanoespacios de oro que acomodan solo una molécula con un ajuste perfecto. Este avance permite la detección espectroscópica Raman de alta sensibilidad y áreas grandes. Además, integraron eficazmente materiales flexibles en el sustrato del sensor espectroscópico de nanoespacios de oro. Finalmente, el equipo desarrolló una tecnología fuente para un sensor nanoespectral activo de banda ancha, que permite la detección personalizada de sustancias específicas utilizando un solo dispositivo, ampliando la nanobrecha al tamaño de un virus y ajustando libremente su ancho para adaptarse al tamaño y tipo de materiales, incluidos virus.
Además, mejoraron la sensibilidad y la controlabilidad del sensor combinando tecnología de óptica adaptativa utilizada en campos como la óptica espacial, como el Telescopio James Webb. Además, establecieron un modelo conceptual para ampliar la estructura unidimensional fabricada a un sensor espectroscópico bidimensional, lo que confirma teóricamente la capacidad de amplificar las señales espectroscópicas Raman hasta varios miles de millones de veces. En otras palabras, es posible confirmar la positividad de los virus en tiempo real en cuestión de segundos, un proceso que antes llevaba días de verificación.
Se espera que los logros del equipo de investigación, actualmente pendiente de aprobación de patente, se utilicen para una respuesta rápida mediante pruebas de alta sensibilidad en tiempo real en caso de enfermedades infecciosas inesperadas como la COVID-19, para prevenir la propagación indiscriminada. Taeyoung Moon, autor principal del artículo, enfatizó la importancia de su logro al afirmar: «Esto no sólo hace avanzar la investigación científica básica en la identificación de propiedades únicas de materiales, desde moléculas hasta virus, sino que también facilita aplicaciones prácticas, permitiendo la detección rápida de un amplio espectro de virus emergentes utilizando un único sensor personalizado».
La investigación colaborativa se llevó a cabo conjuntamente con el equipo del profesor Dai-Sik Kim del Departamento de Física de la UNIST y un equipo dirigido por el profesor Yung Doug Suh del Departamento de Química de la UNIST, director adjunto del Centro de Materiales de Carbono Multidimensionales del Instituto de Ciencias Básicas (IBS). ). Además, Yeonjeong Koo, Mingu Kang y Hyeongwoo Lee del Departamento de Física de POSTECH llevaron a cabo mediciones. Los resultados de la investigación se han publicado recientemente en la revista internacional. Nano letras.
