(PhysOrg.com) - Os cientistas podem detectar os movimentos de moléculas individuais usando marcadores fluorescentes ou puxando-os em medições de força delicadas, mas apenas por alguns minutos. Uma nova técnica dos pesquisadores da Rice University permitirá que eles rastreiem moléculas individuais sem modificá-las - e funciona em escalas de tempo mais longas.

Na edição atual de Nanotecnologia , uma equipe liderada por Jason Hafner, um professor associado de física e astronomia e de química, mostrou que as propriedades plasmônicas das nanopartículas podem "iluminar" as interações moleculares no limite de uma única molécula de maneiras que serão úteis para os cientistas.

O método de Hafner aproveita a capacidade das nanopartículas de metal de focar a luz em escalas biomoleculares por meio de um efeito chamado ressonância plasmônica de superfície localizada (LSPR). As nanopartículas de ouro usadas no experimento espalham a luz em comprimentos de onda visíveis, que podem ser detectados e analisados ​​espectralmente em um microscópio.

"O comprimento de onda de pico exato da ressonância é altamente sensível a pequenas perturbações no ambiente dielétrico próximo, "disse a estudante Kathryn Mayer, o aluno líder do experimento. "Ao rastrear o pico com um espectrômetro, podemos detectar interações moleculares perto da superfície das nanopartículas. "

Hafner discutiu pela primeira vez o progresso deles em uma conferência de 2006, após uma apresentação sobre nanostars de ouro que seu laboratório havia desenvolvido. "Tínhamos dados extremamente preliminares, e eu disse, - Talvez tenhamos conseguido. Eu pensei que estávamos perto, "ele lembrou.

O que demorou foi encontrar a partícula certa. "Começamos com nanorods, que não dispersam bem a luz, pelo menos não os pequenos nanobastões que produzimos em meu laboratório. Em seguida, testamos nanostars e descobrimos que eram muito brilhantes e sensíveis, mas cada um tinha uma forma diferente e um comprimento de onda de pico diferente. "

A equipe decidiu usar bipiramides, 140 nanômetros de comprimento, Partículas de ouro de 10 lados que focam a luz em suas pontas afiadas, criando um volume de detecção "semelhante a um halo, "o ambiente dielétrico no qual as mudanças podem ser lidas por um espectrômetro.

Hafner e seus colegas emprestaram técnicas de química de bioconjugado, revestir as bipiramidas com anticorpos e, em seguida, adicionar antígenos que se ligam fortemente a elas. Em seguida, os antígenos foram enxaguados. Sempre que um foi liberado de sua ligação com o anticorpo bipiramida, os pesquisadores detectaram uma ligeira mudança em direção ao azul na luz vermelha naturalmente espalhada por bipiramidas douradas.

O processo é “livre de rótulos, ”Significando que a própria molécula está sendo detectada, em vez de uma etiqueta fluorescente que requer modificação da molécula, Hafner disse. Também, a propriedade dielétrica detectada é permanente, então as moléculas podem ser rastreadas por mais de 10 horas, em comparação com apenas minutos com os métodos atuais.

"A capacidade de medir em escalas de tempo longas abre a possibilidade de estudar sistemas com forte afinidade no limite de uma única molécula, como as interações lectina-carboidrato responsáveis ​​pelo reconhecimento e adesão celular, "Hafner disse." Outros métodos de molécula única baseados na fluorescência são limitados pelo foto branqueamento, e aqueles baseados em medições de força são limitados por danos de radiação e instabilidades mecânicas. "

O trabalho precisa ser feito antes que o LSPR se torne um sensor biológico ideal, ele disse. A equipe planeja ajustar as bipiramidas e testará outras partículas.

"Com esta bipirâmide, nós ficamos um pouco vermelhos, "disse ele." É um compromisso. Faça-os longos e eles são realmente sensíveis, mas tão vermelho que não recebemos muito sinal. Faça-os mais curtos, eles são um pouco menos sensíveis, mas você tem mais sinal.

"Se conseguirmos aumentar a relação sinal-ruído por um fator de dois ou três, pensamos que será um método poderoso de pesquisa biológica. "

Além de Mayer, Os co-autores de Hafner incluem Peter Nordlander, um professor Rice de física e astronomia e de engenharia elétrica e da computação, Feng Hao, ex-aluno de pós-graduação da Rice, agora um pós-doutorado no Sandia National Laboratories, e o estudante de graduação de Rice, Seunghyun Lee.