CONSIDERAÇÕES INICIAIS

A comunidade tecnológica e científica vem, há décadas, destinando atenção para realizações da engenharia, no que diz respeito a produtos miniaturizados. O conceito de miniaturização e de controle e manipulação de materiais em escalas pequenas foi inserido no meio científico por Richard Feynman, em sua palestra proferida em 1959, ao comparar, entre outras coisas, uma célula que guarda informações sobre as características intrínsecas de um ser vivo, com o desenvolvimento de produtos inteligentes e eficientes, em uma escala tão pequena quanto a celular (HSU et al., 2002). Além disso, ele propôs uma técnica de evaporação de materiais com posterior síntese química, que serviu como base para o que, hoje, pode-se chamar de nanotecnologia.

Nanotecnologia é a habilidade de se controlar o tamanho e a forma da matéria em escala nanométrica (1 nm = 10-9 m), conduzindo a possibilidades extensas de se produzir sistemas com características e aplicações inovadoras, além de trazer benefícios para diversas áreas de pesquisa. Algumas áreas que exploram o uso da nanotecnologia são a eletrônica, optoeletrônica, tecnologia de comunicação e informação, biotecnologia e medicina. Há alguns anos, são desenvolvidos dispositivos sensores eletrônicos nanotecnológicos, que detectam substâncias químicas em ambientes, presença de microrganismos em alimentos, que monitoram deformação mecânica em construções, ou aspectos da saúde humana, que entregam drogas específicas no corpo humano e que, ainda, são capazes de produzir imagens moleculares (ROYAL SOCIETY, 2004).

Concomitante com o desenvolvimento de nanosensores, uma grande variedade de métodos óticos tem sido utilizada para fins de sensoriamento, tais como espectroscopia, interferometria, espectrofotometria de modos guiados e ressonância plasmônica de superfície (SPR) (HOMOLA et al., 1999).

Entre os dispositivos óticos destacam-se as redes fotorrefrativas de espalhamento coerente. Esse tipo de rede é obtido ao incidir um feixe de laser em uma fibra ótica, induzindo uma modulação periódica no índice de refração do núcleo desta fibra. A luz de uma fonte de banda larga, ao se propagar através da fibra,

encontra os sucessivos planos da rede e é coerentemente espalhada, resultando em interferência construtiva, em um comprimento de onda refletido, denominado comprimento de onda de Bragg. A modulação induzida possibilita o acoplamento entre o modo fundamental propagante e modos de núcleo contrapropagantes, ou modos de casca. Essas redes são denominadas redes de Bragg (FBG) (HILL e MELTZ, 1997).

A rede de Bragg é sensível à variação de temperatura e deformação mecânica. Uma das técnicas de gravação de FBG é por meio de iluminação direta sob máscara de fase, um elemento ótico que difrata a luz incidente, gerando um padrão de interferência que causa a modulação no índice do núcleo da fibra (HILL et

al, 1993). Uma variação desse tipo de rede são as redes de período longo (LPG),

que também são uma modulação do índice de refração do núcleo da fibra, porém com período maior, formando um dispositivo mais longo. O acoplamento na LPG ocorre entre o modo fundamental de núcleo e modos de casca copropagantes (BHATIA, 1999). A LPG também é sensível à variação de temperatura e deformação mecânica, além de ser sensível à variação do índice de refração do meio externo. Portanto, é possível observar, no sinal de transmissão, bandas de atenuação características, permitindo que esse dispositivo seja utilizado como sensor para análise de substâncias (PATRICK et al., 1998).

Ademais, outras vantagens desse tipo de dispositivo são o peso e volume reduzidos, baixo tempo de resposta, ausência de reatividade química e de interferência eletromagnética (LÓPEZ-HIGUERA, 1998). Apesar de a sensibilidade da LPG ser alta para índices de refração próximos ao índice da casca da fibra ótica que a contém, para índices mais próximos ao índice de refração da água, a sensibilidade é baixa. Além disso, não é possível, com essa configuração, obter a detecção seletiva das substâncias que estão sendo analisadas.

A fim de solucionar essas limitações, nanoestruturas metálicas funcionalizadas podem ser depositadas na superfície da casca, na região onde se encontra a LPG. O acoplamento entre os modos de núcleo e copropagante de casca podem levar a excitação da ressonância plasmônica localizada de superfície (LSPR) (HE et al., 2006).

A LSPR é característica de nanopartículas metálicas e ocorre quando a frequência do fóton incidente é ressonante com a excitação coletiva dos elétrons de condução, resultando em uma banda de extinção forte, na região do UV e visível

(SMITHARD, 1973); (GANIERE et al., 1975). Existe um grande interesse nas propriedades óticas das nanopartículas de ouro, principalmente no que diz respeito à absorção plasmon, devido a sua aplicação em sensoriamento, além de sua alta estabilidade. Quando as nanopartículas estão depositadas em um substrato e em contato com um meio dielétrico, o sensoriamento se dá pela alteração no espectro de extinção da LSPR (TANG et al., 2006). Essas alterações no espectro são causadas pela adsorção induzida de moléculas na superfície das nanopartículas, alterando o seu índice de refração.

Neste trabalho, um dispositivo a fibra ótica, baseado em uma LPG, com nanopartículas de ouro depositadas na casca da fibra, foi proposto. Com o intuito de tornar a excitação da LSPR pelo acoplamento entre os modos de núcleo e de casca mais eficiente, os parâmetros da LPG foram ajustados para que o acoplamento do modo de núcleo ocorresse para modos de casca mais altos. Consequentemente, as bandas de atenuação que surgiram no espectro de transmissão da rede encontraram-se na região espectral do visível. Essa configuração foi proposta a fim de que ocorresse o aumento da sensibilidade da LPG, na faixa de índices de refração próximos ao índice da água. Posteriormente, à superfície das nanopartículas de ouro foi depositada uma substância, o cloridrato de cisteamina, que possibilitou a detecção de concentrações diferentes de soluções aquosas de glifosato.