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

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: BALTAR, Raphael de Medeiros Souto Maior
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco; UFPE; Brasil; Programa de Pos Graduacao em Engenharia Eletrica
• Palavras-chave em Português: Engenharia elétrica; Colorimetria; Nanopartículas; Sensor óptico
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/55185

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.