Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo físico quântico Markus Arndt (Universidade de Viena) alcançou um avanço na detecção de íons proteicos:devido à sua alta sensibilidade à energia, os detectores de nanofios supercondutores alcançam quase 100% de eficiência quântica e excedem a eficiência de detecção de íons convencionais. detectores em baixas energias por um fator de até 1.000.



Em contraste com os detectores convencionais, eles também podem distinguir macromoléculas pela sua energia de impacto. Isto permite uma detecção mais sensível de proteínas e fornece informações adicionais em espectrometria de massa. Os resultados deste estudo foram publicados recentemente na revista Science Advances .

A detecção, identificação e análise de macromoléculas é interessante em muitas áreas das ciências da vida, incluindo pesquisa, diagnóstico e análise de proteínas. A espectrometria de massa é frequentemente usada como sistema de detecção – um método que normalmente separa partículas carregadas (íons) de acordo com sua relação massa/carga e mede a intensidade dos sinais gerados por um detector. Isto fornece informações sobre a abundância relativa dos diferentes tipos de íons e, portanto, a composição da amostra.

No entanto, os detectores convencionais só conseguiram alcançar alta eficiência de detecção e resolução espacial para partículas com energia de alto impacto – uma limitação que foi agora superada por uma equipe internacional de pesquisadores que utiliza detectores de nanofios supercondutores.

No presente estudo, um consórcio europeu coordenado pela Universidade de Viena, com parceiros em Delft (Single Quantum), Lausanne (EPFL), Almere (MSVision) e Basel (Universidade), demonstra pela primeira vez o uso de nanofios supercondutores como excelentes detectores para feixes de proteínas na chamada espectrometria de massa quadrupolo. Os íons da amostra a ser analisada são alimentados em um espectrômetro de massa quadrupolo onde são filtrados.

“Se agora usarmos nanofios supercondutores em vez de detectores convencionais, poderemos até identificar partículas que atingem o detector com baixa energia cinética”, explica o líder do projeto, Markus Arndt, do Grupo de Nanofísica Quântica da Faculdade de Física da Universidade de Viena. Isto é possível graças a uma propriedade especial do material (supercondutividade) dos detectores de nanofios.

Chegando lá com supercondutividade

A chave para este método de detecção é que os nanofios entram em um estado supercondutor a temperaturas muito baixas, no qual perdem a resistência elétrica e permitem o fluxo de corrente sem perdas. A excitação dos nanofios supercondutores pelos íons que chegam causa um retorno ao estado de condução normal (transição quântica). A mudança nas propriedades elétricas dos nanofios durante esta transição é interpretada como um sinal de detecção.

"Com os detectores de nanofios que usamos", diz o primeiro autor Marcel Strauß, "exploramos a transição quântica do estado supercondutor para o estado condutor normal e podemos, assim, superar os detectores de íons convencionais em até três ordens de grandeza."

Na verdade, os detectores de nanofios têm um rendimento quântico notável com energias de impacto excepcionalmente baixas - e redefinem as possibilidades dos detectores convencionais:"Além disso, um espectrômetro de massa adaptado com esse sensor quântico pode não apenas distinguir moléculas de acordo com sua massa para carregar o estado, mas também também classificá-los de acordo com sua energia cinética. Isso melhora a detecção e oferece a possibilidade de ter melhor resolução espacial", diz Marcel Strauß.

Os detectores de nanofios podem encontrar novas aplicações em espectrometria de massa, espectroscopia molecular, deflectometria molecular ou interferometria quântica de moléculas, onde são necessárias alta eficiência e boa resolução, especialmente em energia de baixo impacto.

Mais informações: Marcel Strauß et al, Detecção de molécula única altamente sensível de feixes de íons de macromoléculas, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj2801
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