Peng Zhang e seus colaboradores estudam notavelmente, minúsculos aglomerados de ouro e proteína que se auto-montam e brilham em um vermelho intenso. E eles são úteis:os nanoaglomerados de proteína-ouro podem ser usados ​​para detectar metais prejudiciais na água ou para identificar células cancerosas no corpo.

"Essas estruturas são muito interessantes, mas são muito, muito difícil de estudar. Tentamos muitas ferramentas diferentes, mas nenhum funcionou, "diz Zhang, um professor da Universidade Dalhousie.

Mas a espectroscopia de absorção de raios-X síncrotron, ou XAS, feito na Canadian Light Source e em sua instalação parceira CLS @ APS, forneceu o insight necessário para identificar a estrutura surpreendentemente elegante dos nanoclusters de ouro de proteína brilhante.

"Synchrotron XAS é a ferramenta perfeita, porque é muito flexível, e pode fornecer informações estruturais sobre elementos específicos, " ele diz.

A estrutura desses clusters era uma questão de longa data na área, em parte por causa de seus usos potenciais.

No laboratório, pesquisadores demonstraram que a introdução de outros metais na solução de proteína de ouro pode apagar o brilho ousado do nanogold, uma propriedade que poderia ser usada para detectar poluição por metais em rios e outros corpos d'água. Onde os metais existiram em uma amostra de água, o nanogold pararia de brilhar.

Ainda mais empolgantes são os aplicativos de saúde potenciais para esses clusters.

Nanogold e proteínas são um ajuste natural para tecnologia de saúde, uma vez que as proteínas são uma parte natural do corpo humano, e o ouro é totalmente atóxico (por isso pode ser usado para decorar chocolates e pode ser encontrado em alguns tipos de aguardente)

Juntamente com as proteínas "detector" ou "linker" corretas, nanogold brilhante pode ser usado para visualizar com precisão, por exemplo, tumores cancerosos. A proteína ligante certa simplesmente anexaria nanogolds às células doentes, que poderia então ser localizado com um microscópio de fluorescência.

Tudo isso é possível devido à capacidade do nanogold de brilhar.

Ouro como normalmente o conhecemos, a granel, não brilha, ou luminescência, sob luz ultravioleta. Adicione proteína como base para nanoclusters de ouro, e eles brilharão em um vermelho brilhante sob a luz ultravioleta. Na verdade, o nanogold é um milhão de vezes mais luminescente do que o ouro a granel.

Esta luminescência de ouro é possibilitada por sua estrutura específica em nanoclusters de proteína de ouro:o que Zhang descreve como uma "bela e surpreendente estrutura" de dez átomos de ouro, formando dois anéis interligados.

A proteína atua como uma espécie de arcabouço, dando ao ouro uma estrutura forte com reforça seu brilho.

Esses clusters podem se auto-montar sob as condições certas, oferecendo um baixo custo, método de produção de baixa energia.

Um nanocluster típico é feito com uma gama precisa de produtos químicos submetidos a etapas específicas, e pode resultar em poluição. A produção para esses clusters, por contraste, não poderia ser mais simples.

A equipe de Zhang aqueceu uma mistura de um composto comercial de ouro e proteínas na água até a temperatura corporal, 37C. E depois de 10-20 horas, os aglomerados nanogoldados luminescentes se formaram. Nenhuma outra etapa é necessária para criar os clusters luminescentes.

O processo é conhecido como síntese química verde, e elimina a poluição que poderia estar associada a esses aglomerados.

"Usamos o síncrotron para acompanhar como essas belas estruturas são formadas dentro da proteína, "diz Zhang. A proteína funciona essencialmente como um minirreator, com seus aminoácidos cisteína ligando-se às moléculas de ouro e colocando-as em forma. Esses experimentos foram conduzidos por Daniel Chevrier, um Ph.D. aluno do grupo de Zhang.

A equipe também criou clusters de maneira mais convencional, para verificar sua técnica.

“Se você não usa proteína, sim, você tem uma estrutura muito semelhante, mas você não vê a forte fluorescência. O que aconteceu? "Pergunta Zhang.

Para responder a esta pergunta, sua equipe comparou clusters de ouro produzidos convencionalmente e auto-montados, com e sem proteínas.

Usando o síncrotron, eles mostraram que a proteína não permite apenas a automontagem, mas mantém os clusters no lugar.

"Essencialmente, a proteína congela o cluster de ouro para que eles não possam se mover livremente, e então você pode ver a forte fluorescência, "diz Zhang. Um aglomerado de movimento livre, por contraste, torções e movimentos, o que enfraquece a fluorescência.

"Estamos muito animados com essas novas descobertas. Tanto o ouro quanto a proteína são materiais altamente interessantes e quando você combina esses dois, obtém algo ainda mais interessante, e potencialmente útil, "diz Zhang.