Ele é usado para sondar planetas, diagnosticar câncer de pele e analisar elementos químicos.

As naves espaciais da NASA o utilizam, bem como o setor automotivo, aeronáutico, de eletrodomésticos e também laboratórios.

O espectrômetro óptico é um dos instrumentos mais onipresentes na ciência e na tecnologia e é utilizado para medir as propriedades da luz.

No começo deste mês, a revista Nature apresentou uma nova pesquisa que revoluciona esta tecnologia.

Jie Bao, um físico da Universidade de Tsinghua, na China, desenvolveu uma forma para tornar os espectrômetros menores, mais leves e mais baratos.

Ao usar pequenas quantidades de tintas sensíveis à luz, Bao e seu colega Moungi Bawendi – um químico do MIT (Massachusetts Institute of Technology) – projetaram um espectrômetro pequeno o suficiente para caber em um smartphone.

Esse espectrômetro compacto poderá ser utilizado em uma grande variedade de aplicações, desde missões espaciais aos smartphones e eletrodomésticos.

De Isaac Newton à tecnologia dos pontos quânticos

Desde a Grécia Antiga o homem tenta desvendar os mistérios da luz.

Em 1666, Isaac Newton deixou importantes experimentos sobre a decomposição da luz.

Na época, Newton comprou um prisma de vidro (vidro triangular) e observou como um raio de sol se decompunha ao atravessar o prisma. Ele observou que o prisma poderia quebrar a luz branca em cores distintas (tecnicamente comprimentos de onda).

Hoje, sabemos que isso acontece porque a composição atômica ou molecular de tudo o que emite ou reflete luz deixa uma impressão digital indelével.

O que acontece é que, similar ao prisma de Newton, a maioria dos espectrômetros modernos difratam a luz e em seguida empurram-na através de uma fenda para medir exatamente os comprimentos da onda.

Esta configuração atual envolve mover peças complexas e também custa mais caro, porque exigem componentes de alta precisão e com alinhamento delicado.

Uma abordagem diferente

Bao e Bawendi fizeram uma abordagem diferente que funciona de uma maneira muito mais simples. Eles tiveram a ideia de utilizar pontos quânticos coloidais nos espectrômetros.

Pontos quânticos são pedacinhos de semicondutores com apenas alguns nanômetros de diâmetro. Muitas vezes são descritos como átomos artificiais porque assim como os átomos, absorvem e emitem luz em comprimentos de onda específicos. No entanto, ao contrário dos átomos, os comprimentos de ondas podem ser ajustados simplesmente ajustando o tamanho do ponto quântico.

Esse é o diferencial inigualável dos pontos quânticos: ser possível ajustar a resposta óptica.

O novo dispositivo criado por Bao e Bawendi envolve 195 tipos diferentes de pontos quânticos ou janelas. Cada um destas janelas absorve determinados comprimentos de ondas de luz.

O dispositivo imprime uma pequena grade de 195 tintas líquidas, de cores diferentes, diretamente para um sensor plano.

Esse sensor, chamado de sensor CCD, é o que a câmera de um celular utiliza para capturar a luz.

Quando a luz atinge cada janela, os registros do sensor gravam como a luz modificou-se. Mais tarde, um computador pode comparar os dados de todas as janelas e reconstruir os comprimentos de onda compostos da luz original.

Esse novo dispositivo utiliza a técnica “multiplexing” que foi desenvolvida pelo setor de telecomunicações para permitir que vários sinais diferentes sejam transmitidos ao longo da mesma fibra óptica.

Embora o “multiplexing” já tenha sido utilizado para a espectroscopia, Bao afirma que os modelos anteriores não foram adequados para a fabricação de dispositivos menores, de alto desempenho e com baixo custo

Como o design deste novo dispositivo é simples e é necessária apenas uma pequena quantidade de tintas, o espectrômetro requer um baixo investimento para produzí-lo.

Bao revela que os sensores CCD podem ser comprados online por menos de um dólar. Como é usada apenas uma pequena gota de cada uma das tintas quânticas coloidais, o custo total de todas as 195 gotas é muito baixo.

O futuro do novo dispositivo

Joe e Moungi acreditam que o dispositivo pode ser o início de uma revolução na aplicação prática da espectroscopia.

Eles comparam isso à infinidade de aplicações para a fotografia que surgiram quando a tecnologia permitiu substituir os pesados equipamentos pelas pequenas câmeras digitais de hoje.

Embora reconheçam que ainda é preciso aperfeiçoar o novo espectrômetro, os testes já mostram que o dispositivo funciona muito bem (mesmo nesta fase preliminar) e está bem próximo de se tornar um produto comercializável.

Por ora, Joe e Moungi investigam como a nova tecnologia poderá ser usada em sensores e também buscam maneiras de otimizar a arquitetura do dispositivo para que possa ser facilmente integrado em smartphones e smartwatches.

Um dos objetivos é permitir que qualquer pessoa com um smartphone possa por exemplo, saber se tem ou não câncer de pele.

Isso é o que eles realmente esperam num futuro muito próximo: ver a espectroscopia sendo utilizada de forma muito mais prática e acessível.

Fonte: Nature