Biosensori ottici di ultima generazione, in alternativa a quelli basati su nanostrutture plasmoniche, possono essere realizzati utilizzando multistrati dielettrici periodici monodimensionali (noti come cristalli fotonici 1D, 1DPC), in cui onde elettromagnetiche di superficie (BSW) possono propagarsi con un comportamento dispersivo fortemente influenzato dalle condizioni di interfaccia, che risente per esempio della presenza di un analita; tali fenomeni possono essere utilizzati nella realizzazione di sensori ad elevata sensibilità. Questi specifici biosensori basati sulla propagazione di modi BSW presentano notevoli vantaggi rispetto ai sensori plasmonici (SPR). Il Laboratorio di Fotonica Molecolare della SAPIENZA ed il Fraunhofer Insitute-IOF di Jena hanno sviluppato una specifica esperienza in caratterizzazioni ottiche e processi di microfabbricazione che hanno portato alla realizzazione di tali biosensori e di un'apposita piattaforma point-of-care che permette di rilevare interazioni molecolari sia in modalità label-free che di fluorescenza. Obiettivo del progetto sarà caratterizzare l'emissione di fluorescenza di coloranti organici a diversi gradi di libertà rotazionale, dal caso di coloranti liberi in soluzione a quello di coloranti legati covalentemente alla superficie del cristallo fotonico. Tali coloranti, posti in prossimità della superficie del 1DPC, possono essere eccitati in maniera risonante generando un segnale di fluorescenza amplificato che però diminuisce nel tempo a causa del fenomeno noto anche come photobleaching. Inoltre, verranno condotti esperimenti sul processo di trasferimento di energia di Forster (FRET) che avviene tra molecole emettitrici, veicolate attraverso ssDNA, poste in prossimità della superficie del 1DPC.
Molti dei biosensori disponibili sul mercato, usati in svariate applicazioni, dall'ambito clinico a quello agroalimentare, sono basati su risonanza plasmonica di superficie (SPR), che avviene all'interfaccia tra metallo e dielettrico. In particolare, alla superficie di nanostrutture metalliche, ad esempio a base di Au ed Ag, per particolari frequenze (proprie delle oscillazioni degli elettroni di plasma del metallo) si ha una straordinaria intensificazione e confinamento del campo elettromagnetico. Tali caratteristiche peculiari possono essere sfruttate per incrementare l'efficienza di rivelazione di un particolare analita posto in prossimità della suddetta nanostruttura. Tuttavia, poiché i metalli utilizzati in SPR sono fortemente assorbenti alle frequenze ottiche, ne risulta una notevole dissipazione ed un allargamento della relativa risposta risonante con ampiezze dell'ordine di decine di nm. Inoltre il forte quenching dei metalli limita l'intensificazione della fluorescenza. L'utilizzo di sensori basati su multistrati dielettrici, come alternativa ai sensori nanoplasmonici, caratterizzati da un assorbimento molto più contenuto, permette di ottenere risonanze più strette (relative a modi BSW), che si traduce in un definito fingerprint ottico che può essere influenzato dalla presenza di singoli monostrati atomici, aprendo nuove possibilità nel campo della sensoristica biomolecolare.