La magneto-óptica y sus ventajas en el laboratorio

Origen y principios básicos de la magneto-óptica

En la magneto-óptica se investigan las alteraciones de las propiedades de la luz reflejada o transmitida en presencia de un campo magnético. En particular, el campo magnético puede aplicarse externamente o puede originarse de un medio material magnetizado. El campo de la investigación magnetoóptica fue iniciado por Michael Faraday, que descubrió los efectos magnetoópticos por primera vez en 1845.¹

Evolución reciente de la magnetoóptica

Inicialmente, el análisis de los efectos magnetoópticos contribuyó a dilucidar los principios fundamentales de la mecánica cuántica y el electromagnetismo.2 Sin embargo, desde entonces, el campo de la magnetoóptica se ha ampliado enormemente con la introducción de la tecnología láser, otras fuentes de luz nuevas y materiales magnetoópticos novedosos. En la actualidad, la magnetoóptica se está aplicando en diversos ámbitos, como el desarrollo farmacéutico, la espectroscopia, la teranóstica, la detección y la magnetometría.^1,2 

Fabricación de aisladores láser y sensores de campo magnético

La fabricación de materiales magnetoópticos, incluidos los aisladores láser y los sensores de campo magnético, es un área importante de aplicación de la magnetoóptica tanto en la investigación como en la industria.³ Así, los aisladores láser son indispensables para las aplicaciones experimentales y prácticas del láser. Además, los sensores magnéticos pueden detectar la intensidad de los campos magnéticos e integrarse en biosensores, dispositivos portátiles y redes de sensores ubicuas.⁴  

La importancia de la espectroscopia magneto-óptica

La espectroscopia magneto-óptica puede utilizarse para analizar las estructuras electrónicas y las propiedades físicas de los materiales.⁵ Para lograr este objetivo, los espectroscopios magneto-ópticos requieren una fuente de luz intensa y estable, un elemento dispersivo, lentes adecuadas y un detector de luz.⁶ En la espectroscopia magneto-óptica pueden aplicarse diferentes tipos de mediciones, incluida una configuración para el efecto Kerr magneto-óptico polar; un método de modulación de la polarización utilizando un espectrómetro multicanal; la evaluación del efecto Cotton Mouton; y la generación del elemento no diagonal del espectro de permitividad.⁵ 

Basándose en la aplicación de la tecnología de detección magneto-óptica y el efecto Cotton Mouton, se desarrolló el sistema de pruebas de endotoxinas CMD αBET^TM, disponible en FUJIFILM Wako Pyrostar.⁷ Sus ventajas incluyen pruebas de endotoxinas rápidas, cuantitativas, sensibles y en conformidad con la farmacopea. Además, el rendimiento del sistema se ha validado con una amplia gama de muestras farmacéuticas y biofarmacéuticas complejas, así como con formulaciones de nanopartículas.

Nanoplataformas teranósticas

El campo de la teranóstica investiga la integración de enfoques diagnósticos y terapéuticos que puedan ayudar a proporcionar un tratamiento eficaz y preciso. La magneto-óptica ha encontrado aplicaciones en el desarrollo de nanoplataformas teranósticas, cuyos componentes incluyen nanopartículas magnéticas y polímeros.⁸ 

Magnetoplasmónica

El campo emergente de la magnetoplasmónica investiga la relación entre el magnetismo y la plasmónica (área de investigación que estudia las oscilaciones de electrones en nanoestructuras y nanopartículas metálicas). La magnetoplasmónica emplea técnicas magnetoópticas para evaluar la respuesta plasmónica de las nanoestructuras. La información obtenida puede utilizarse para modelar nanoestructuras híbridas, acoplando materiales plasmónicos con materiales magneto-ópticamente activos o resonancias moleculares. Un área de aplicación es la generación de dispositivos magnetoplasmónicos activos, incluidos los sensores refractométricos, cuyo rendimiento es superior al de los dispositivos plasmónicos. Además, se han descubierto efectos magnetoplasmónicos en semiconductores dopados, lo que puede ayudar a generar nuevos materiales con efectos magnetoópticos más potentes.

Fuentes bibliográficas

1. Rizal C, Shimizu H, Mejía-Salazar JR. Magneto-Optics effects: New trends and future prospects for technological developments. Magnetochemistry. 2022;8(9):94.
2. Kimel A, Zvezdin A, Sharma S, Shallcross S, De Sousa N, García-Martín A, Salvan G, Hamrle J, Stejskal O, McCord J, Tacchi S. The 2022 magneto-optics roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics. 2022;55(46):463003.
3. Kumari S. A comprehensive study of magneto-optic materials and its applications. Materials Today: Proceedings. 2022;56:100-6.
4. Khan MA, Sun J, Li B, Przybysz A, Kosel J. Magnetic sensors-A review and recent technologies. Engineering Research Express. 2021;3(2):022005.
5. Sato K, Ishibashi T. Fundamentals of Magneto-Optical Spectroscopy. Frontiers in Physics. 2022;10:946515.
6. Gabbani A, Petrucci G, Pineider F. Magneto-optical methods for magnetoplasmonics in noble metal nanostructures. Journal of Applied Physics. 2021;129(21).
7. The CMD αBETTM endotoxin testing system. Cotton Mouton Diagnostics Ltd. Accessed August 1, 2023. https://www.wakopyrostar.com/assets/Uploads/CMD-AlphaBET-White-paper-Dec-2022-V2.pdf.
8. Gauger AJ, Hershberger KK, Bronstein LM. Theranostics based on magnetic nanoparticles and polymers: intelligent design for efficient diagnostics and therapy. Frontiers in Chemistry. 2020;8:561.