Estudo Computacional de Biochip em Fibra Óptica Baseado na Ressonância de Plásmons de Superfície

Abstract

O fenômeno de Ressonância de Plásmons de Superfície (RPS) tem sido utilizado para a produção de biossensores por apresentar vantagens, como a possibilidade de miniaturização, baixo custo, alta sensibilidade, alta seletividade e velocidade de resposta. Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo computacional dos biossensores RPS em fibra óptica convencional (sílica e/ou polímero). Neste caso, a casca da fibra é removida na região sensora, e o núcleo é recoberto por uma camada fina de metal, formando o biochip óptico. A análise computacional é realizada com o auxílio do software MATLAB, em que foi implementado o modelo de multicamadas de Fresnel, e o software COMSOL Multiphysics, baseado no método dos elementos finitos, para a modelagem do biochip. O objetivo é modificar e investigar os parâmetros geométricos (dimensões da fibra, espessura da camada metálica) e eletromagnéticos (comprimento de onda, índice de refração, ângulo de incidência, dentre outros) do biochip. Além disso, o tipo de metal utilizado é de fundamental importância, uma vez que sua oxidação pode implicar na diminuição do desempenho do biossensor, em contato com o analito (solução aquosa). O uso de metais nobres, como Ouro e Prata, na configuração do biossensor oferece bons resultados, observados por meio dos valores de FWHM e refletividade, tanto para a ocorrência do fenômeno RPS, quanto ao se analisar os parâmetros de desempenho do biossensor. Análises foram realizadas utilizando os modos de interrogação angular e espectral. Por fim, também são consideradas configurações de biochip com camadas de grafeno dispostas nas interfaces metal-fibra e metal-analito, com o fito de estudar a possibilidade de aumento da transmissividade do campo elétrico evanescente. Os resultados das análises são mostrados e discutidos.