Estratégias de optimização de sistema de sensoriamento plasmônico colorimétrico : explorando nanocascas metálicas e adaptação cromática

Abstract

Sensores colorimétricos que operam com base na ressonância plasmônica de superfície localizada têm ganhado destaque tanto na academia quanto na indústria, sendo aplicados em diversas áreas, incluindo medicina, biologia e química. O uso de sensores colorimétricos está limitado ao desenvolvimento de plataformas sensoras de alta sensibilidade, à dependência inerente às fontes de iluminação e ao sistema de leitura, que garantam a robustez do sensoriamento. A presente tese de Doutorado, teve como objetivo avaliar o uso de adaptação cromática e nanocascas metálicas (núcleo de SiO2 e cascas de prata e ouro) para o estabelecimento de sistema colorimétrico de sensoriamento. Aqui considera-se o sistema de monitoramento composto de plataforma sensora (nanocascas) e sistema de leitura colorimétrica. Foi estabelecido um procedimento de otimização da sensibilidade colorimétrica da nanoplataforma sensora considerando a influência das propriedades geométricas das nanocascas, de diferentes fontes de iluminação e a utilização de diversos espaços de cores. A Teoria de Mie foi explorada na análise da resposta espectral das nanopartículas. O sistema de leitura colorimétrica concebido utilizou um Procedimento autorreferenciado de processamento de imagem, baseado em adaptação cromática. A implementação de técnicas de adaptação cromática foi empregada como estratégia para aprimorar a robustez das medições colorimétricas em diferentes condições de iluminação. Foram identificadas as plataformas sensoras de maior sensibilidade colorimétrica e que atenderam ao critério de linearidade estabelecido. A nanocasca de ouro com raio de 10 nm e espessura da casca de 5 nm apresentou maior sensibilidade colorimétrica (4,7 RIU−1) para o componente de cor H (Espaço de cor HSV) e iluminante LED-B4, A plataforma baseada na nanocasca de prata com raio de 20 nm e espessura da casca de 5 nm alcançou máxima sensibilidade colorimétrica (5,57 RIU−1) para o componente de cor Saturação (Espaço de cor IHSV) e iluminante FL12. A técnica de adaptação cromática aplicada “XYZ Scaling” reduziu a distância de cor média em até 96% entre as imagens da plataforma sensora sob diferentes iluminantes. Os resultados representam uma contribuição significativa no aumento da sensibilidade de nanosensores plasmônicos e da confiabilidade de medições colorimétricas diante das variações inerentes às fontes de iluminação. Em resumo, pode-se identificar como contribuições inovadoras desta Tese: 1. Identificação de NC de ouro de maior sensibilidade espectral na literatura para estruturas esféricas; 2. Desenvolvimento de metodologia e identificação das NC de ouro e prata de maior sensibilidade colorimétrica considerando a influência dos iluminantes padrão e espaços de cor; 3. Desenvolvimento de metodologia de colorimetria para sensoriamento colorimétrico autorreferenciada baseada em adaptação cromática; 4. Estabelecimento de novo índice para cálculo de distância de cor em sensores colorimétricos otimizados.