Caracterização de biochip em fibra óptica baseado na ressonância de plásmons de superfície na identificação de câncer

Abstract

O trabalho apresenta um estudo computacional e caracterização de um biochip em fibra óptica polimérica e de fluoreto baseado na ressonância de plásmons de superfície para detecção de câncer. Como substrato do biochip é considerada uma fibra óptica plástica multimodo de índice degrau com 2,0 mm de diâmetro e uma fibra óptica de fluoreto multimodo de indíce degrau com 0,6 mm de diâmetro. É desenvolvido um programa computacional utilizando o método da matriz para sistemas multicamadas, assumindo-se duas faixas do espectro eletromagnético, a primeira entre 400 nm e 820 nm e a segunda entre 400 nm e 1200 nm. Os analitos utilizados na camada biológica foram dois tipos: amostra do tecido colorretal e amostra do tecido do fígado, ambos com uma camada saudável e patalógica para efeitos comparativos. É avaliado o efeito de diversos fatores nos parâmetros de desempenho do biochip, como escolha da espessura e material do filme fino metálico e comprimento da região sensora. Foi analisado, ainda, o impacto provocado pela deposição de uma película de ouro sobre o filme fino metálico de prata, para identificar a melhor escolha de um sensor otimizado. Os parâmetros de desempenho calculados são sensibilidade, largura total à meia altura, figura de mérito e relação sinal-ruído. Além disso, também são analisadas as curvas de reflectância e potência transmitida normalizada. Foi investigado o desempenho de três filmes finos metálicos (prata, ouro e cobre) para uma estrutura de biochip convencional, com região sensora em uma porção central da fibra. Os resultados desse estudo revelam uma maior sensibilidade para o filme fino de prata, na configuração óptica de uma fibra polimérica, de 5656,3 nm/UIR para a mucosa colorretal e de 8729,1 nm/UIR para o tecido hepático. Apresenta melhores resultados com menor comprimento para a região sensora, com os seguintes valores para os parâmetros de desempenho estudados: de um lado, a mucosa do cólon obteve figura de mérito - 142,8 UIR−1 , relação sinal-ruído - 0.5 e largura total à meia altura - 39,61 nm e por outro lado, o tecido hepático obteve figura de mérito - 170,5 UIR−1 , relação sinal-ruído - 2,66 e largura total à meia altura - 51,21 nm. Em relação à camada bimetálica, foi observada uma redução da sensibilidade dos sensores propostos em 4746,4 nm/UIR e 7499,5 nm/UIR, respectivamente, para a amostra colorretal e tecido do fígado.