Desenvolvimento e construção de sensor baseado na ressonância de plasmon de superfície para medição de substâncias líquidas e gasosas

Abstract

Sensores de Ressonância de Plasmons de Superfície (RPS) são dispositivos que se baseiam na ressonância de plasmons de superfície. Frequentemente estão inacessíveis devido à complexidade de fabricação, instrumentação e operação, além da limitada disponibilidade comercial. A principal característica desses sensores é a capacidade de detectar biomoléculas em tempo real sem a necessidade de marcadores, como corantes ou marcadores radioativos. Entretanto, uma problemática que se apresenta em grande parte dos sensores RPS é a incapacidade operacional de analisar líquidos e gases no mesmo equipamento. Para superar essa restrição, sensores que operam com múltiplos fluidos geralmente requerem componentes móveis que ajustem o ângulo de incidência da luz sobre um prisma, o que aumenta a complexidade do sistema. Neste contexto, desenvolveu-se o um dispositivo RPS com partes móveis, fabricado por meio de manufatura aditiva (impressão 3D) e incorporando peças de uso geral. O mesmo foi projetado para operar com líquidos e gases, utilizando um sistema multiprisma. Opera no modo de interrogação angular (AIM) e emprega filmes finos de ouro (Cassete). A estrutura multicamada para excitação óptica da RPS, no modo AIM, consiste em seis camadas: prisma (BK7), glicerina, placa de vidro (BK7), ouro (50 nm), substância e analito. Além disso, o sensor integra todos os componentes essenciais à excitação do fenômeno em uma única estrutura, destacando-se o sistema fluídico, cuja célula de fluido mantém o arranjo multicamadas fixo e estável. Simulações matemáticas baseadas nas equações de Fresnel indicam que o sensor opera adequadamente em uma faixa angular entre 35° e 75°. Possui dimensões gerais de 250mm de largura, 150mm de altura e 130mm de comprimento. Além de possuir baixo peso 1,7kg, que é propiciado por sua estrutura geométrica, impressa em PLA (1,238kg) e PetG (0,1kg). E também apresentou, baixa vibração 0,12 ± 0,02 m/s². Por fim, A validação experimental comprovou a eficácia do s²lg sensor, apresentando pontos de ressonância compatíveis com os valores simulados — 70° para água e 43° para ar — e medições de FWHM variando entre 7 e 20 nm, dentro dos parâmetros recomendados pela literatura (5 a 50 nm).