Investigadores de Cambridge criaram um espectrómetro ótico compacto que identificou alimentos, plásticos e medicamentos nos testes e demonstrou potencial para medir glicose e álcool sem perfuração.
Os espetrómetros óticos — os aparelhos que lêem a composição química das coisas pela luz que elas absorvem ou refletem — estão por trás de meio mundo de tecnologia, da análise de materiais à medicina.
O problema sempre foi encolhê-los. Quando se tornam pequenos, perdem precisão, e ficam bons só para identificações grosseiras, não para medir a sério.
Uma equipa da Universidade de Cambridge, juntamente com a start-up GlitterinTech criada pelo mesmo grupo, diz agora ter resolvido esse problema.
Apresentou um tipo novo de espetrómetro que cabe na escala do centímetro, custa cerca de 10 dólares (quase outro tanto em euros) e mede com a exatidão de um instrumento de laboratório.
Chamam-lhe espetrómetro convolucional.
A diferença está na matemática. Em vez de dispersar a luz ou de reconstruir o espetro por software, como fazem os aparelhos atuais, este faz fisicamente uma operação de convolução sobre a luz que recebe, apoiado no teorema com o mesmo nome.
“A ideia-chave foi voltar à matemática e perguntar se haveria uma forma mais limpa de obter os espetros”, diz Chunhui Yao, um dos autores do estudo, em comunicado da U.Cambridge.
O resultado, segundo a equipa, é alta precisão, boa tolerância ao ruído e muito pouco cálculo, tudo num sistema pequeno e barato.
O chip foi construído em nitreto de silício e funciona numa gama ampla do infravermelho próximo, com medições em menos de um segundo. Pela forma como está desenhado, pode alargar a largura de banda quase sem limite e aumentar a resolução só a juntar mais componentes, sem mudar o equipamento.
Depois vieram os testes, e é aqui que a coisa ganha pernas. Na análise de materiais e alimentos, o aparelho distinguiu plásticos, medicamentos, café, farinha e chá sem falhar uma vez. Mediu concentrações em soluções com uma exatidão na ordem dos 0,01%, acima de espetrómetros comerciais de bancada muito maiores.
A parte mais promissora é a saúde. O sistema conseguiu ler biomarcadores humanos sem picar nem recolher sangue: humidade da pele, álcool, lactato e glicose, todos com boa exatidão.
Num participante, acompanhou a glicose durante longos períodos — a base do que poderia ser uma monitorização contínua para diabéticos, sem agulhas.
“Estas demonstrações biomédicas são particularmente entusiasmantes”, diz Qixiang Cheng, que liderou o projeto. O que distingue o trabalho, explicou, não é só o desempenho em laboratório, mas estar pronto para o mundo real.
O aparelho aguentou temperaturas de -20 °C a 80 °C, uma robustez que os espetrómetros miniaturizados raramente alcançam e que é essencial para o usar na rua, numa fábrica ou no corpo.
Há ainda uma vantagem prática: a simplicidade. Os concorrentes de alto desempenho dependem de calibrações complicadas e de algoritmos pesados e sensíveis ao ruído. Aqui, por a convolução ser linear, o espetro sai depressa e estável, com pouco poder de processamento.
A ambição dos investigadores é que a espetrometria se torne tão banal como medir temperatura ou movimento. Sensores em linhas de produção, controlo da qualidade dos alimentos em tempo real, análise ambiental em larga escala; na saúde, da hidratação aos alertas de embriaguez e ao controlo da glicose.
“A informação espetral de qualidade não tem de ficar fechada no laboratório”, disse Cheng. “Pode entrar nas tecnologias que as pessoas usam todos os dias“.
(ZAP)