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El nuevo sensor nanotecnológico transforma moléculas únicas en códigos de barras


Los investigadores están ahora un paso más cerca de la detección de materiales basada en imágenes a gran escala gracias a la inteligencia artificial. Un equipo de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) creó una forma de detectar y analizar moléculas sin equipos masivos gracias a un sensor de nanotecnología.

Pequeños sensores llamados metapixeles sentarse en la superficie del dispositivo y el sistema produce un código de barras único para cada partícula que aterriza en la superficie. Los códigos de barras pueden analizarse a gran escala y organizarse utilizando un sistema de reconocimiento de patrones de IA y redes neuronales artificiales.

Las moléculas orgánicas tienen vibraciones específicas en sus enlaces químicos, y esos modos vibratorios únicos impactan la forma en que las partículas absorben la luz. Anteriormente, una de las únicas formas de identificar esas firmas únicas era a través de la espectroscopia de infrarrojos. La espectroscopia identifica si una molécula determinada está disponible en una muestra si la muestra asimila los rayos de luz a frecuencias de moléculas. Si bien esa tecnología era precisa, requería grandes instrumentos de laboratorio con un alto precio.

El sensor de nanotecnología reduce la potencia y la eficiencia de un espectrómetro masivo a una escala muy pequeña.

"Las moléculas que queremos detectar son de escala nanométrica, por lo que salvar esta brecha de tamaño es un paso esencial", dijo Hatice Altug, jefe del Laboratorio de Sistemas BioNanoPhotónicos de EPFL y coautor del estudio.

Los metapíxeles de la EPFL se ajustan y se adaptan a la forma en que una molécula interactúa con la luz cuando entra en contacto con la superficie del sensor.

"Es importante destacar que los metapíxeles están dispuestos de tal manera que las diferentes frecuencias vibratorias se mapean en diferentes áreas de la superficie", dijo Andreas Tittl, autor principal del estudio.

El equipo de EPFL ya ha utilizado los metapíxeles para detectar pesticidas y compuestos orgánicos dentro de una muestra más grande y compleja.

"Gracias a las propiedades ópticas únicas de nuestros sensores, podemos generar códigos de barras incluso con detectores y fuentes de luz de banda ancha".

"Gracias a las propiedades ópticas únicas de nuestros sensores, podemos generar códigos de barras incluso con detectores y fuentes de luz de banda ancha", dijo Aleksandrs Leitis, coautor del estudio.

El desarrollo único sirve como una solución rentable para la investigación en física, nanotecnología e incluso big data, inteligencia artificial y aprendizaje automático. Las aplicaciones de la nanotecnología podrían utilizarse más allá del alcance tradicional incluso de lo que anticiparon los investigadores de la EFPL.

"Por ejemplo, podría usarse para fabricar dispositivos de prueba médicos portátiles que generen códigos de barras para cada uno de los biomarcadores que se encuentran en una muestra de sangre", dijo Dragomir Neshev, otro coautor del estudio.

Más allá de eso, la IA podría combinarse con la nanotecnología para procesar una biblioteca completa de códigos de barras moleculares específicos para cualquier compuesto dado. Esto podría ayudar a clasificar las proteínas y el ADN en otros polímeros y productos químicos dietéticos. Esto les daría a los biólogos e ingenieros químicos una herramienta para detectar rápida y sucintamente incluso trazas de ciertos compuestos dentro de muestras grandes o complejas.

La investigación fue publicada íntegramente en Ciencias.


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