p (PhysOrg.com) - As primeiras réguas de plasmon tridimensionais do mundo, capaz de medir mudanças espaciais em escala nanométrica em sistemas macrmoleculares, foram desenvolvidos por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE) (Berkeley Lab), em colaboração com pesquisadores da Universidade de Stuttgart, Alemanha. Essas réguas de plasmon 3D podem fornecer aos cientistas detalhes sem precedentes sobre eventos dinâmicos críticos em biologia, como a interação do DNA com enzimas, o dobramento de proteínas, o movimento dos peptídeos ou as vibrações das membranas celulares. p "Demonstramos uma régua de plasmon 3D, com base em oligômeros plasmônicos acoplados em combinação com espectroscopia de plasmon de alta resolução, que nos permite recuperar
a configuração espacial completa de processos macromoleculares e biológicos complexos, e para acompanhar a evolução dinâmica desses processos, "diz Paulo Alivisatos, diretor do Berkeley Lab e líder desta pesquisa.

p Alivisatos, que também é o Professor Larry e Diane Bock de Nanotecnologia na Universidade da Califórnia (UC), Berkeley, é o autor sênior de um artigo na revista Ciência descrevendo esta pesquisa. O artigo é intitulado "Réguas de plasma tridimensional". A co-autora deste artigo foi Laura Na Liu, que na época o trabalho era feito era membro do grupo de pesquisa da Alivisatos, mas agora está na Rice University, e Mario Hentschel, Thomas Weiss e Harald Giessen com a Universidade de Stuttgart.

p A escala nanométrica é onde as ciências biológicas e dos materiais convergem. À medida que as máquinas e dispositivos humanos encolhem ao tamanho de biomoléculas, os cientistas precisam de ferramentas para medir com precisão as mínimas mudanças estruturais e distâncias. Para este fim, pesquisadores têm desenvolvido réguas lineares baseadas nas ondas eletrônicas de superfície conhecidas como "plasmons, "que são gerados quando a luz viaja através das dimensões confinadas de nanopartículas ou estruturas de metais nobres, como ouro ou prata.

p "Duas nanopartículas metálicas nobres próximas se acoplarão por meio de suas ressonâncias de plasmon para gerar um espectro de dispersão de luz que depende fortemente da distância entre as duas nanopartículas, "Alivisatos diz." Este efeito de dispersão de luz foi usado para criar réguas de plasmon linear que foram usadas para medir distâncias em nanoescala em células biológicas. "

p Em comparação com outros tipos de réguas moleculares, que são baseados em corantes químicos e transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET), réguas de plasmon nem piscam nem fotobranqueamento, e também oferecem fotoestabilidade e brilho excepcionais. Contudo, até agora as réguas de plasmon só podiam ser usadas para medir distâncias ao longo de uma dimensão, uma limitação que dificulta qualquer compreensão abrangente de todos os processos biológicos e outros processos de matéria mole que ocorrem em 3D.

p "O acoplamento plasmônico em várias nanopartículas colocadas próximas umas das outras leva à dispersão de luz
espectros que são sensíveis a um conjunto completo de movimentos 3D, "diz Laura Na Liu, autor correspondente do artigo da Science. "A chave do nosso sucesso é que fomos capazes de criar características espectrais nítidas no perfil de ressonância amplo de nanoestruturas acopladas a plasmon usando interações entre os modos quadrupolar e dipolar."

p Liu explica que as ressonâncias típicas de plasmon dipolar são amplas por causa do amortecimento radiativo. Como resultado, o simples acoplamento entre múltiplas partículas produz espectros indistintos que não são prontamente convertidos em distâncias. Ela e seus co-autores superaram esse problema com uma régua 3D construída a partir de cinco nanobastões de ouro de comprimento e orientação controlados individualmente, em que um nanobastão é colocado perpendicularmente entre dois pares de nanobastões paralelos para formar uma estrutura que se assemelha à letra H.

p "O forte acoplamento entre o nanobastão único e os dois pares de nanobastões paralelos suprime o amortecimento radiativo e permite a excitação de duas ressonâncias quadrupolares nítidas que permitem a espectroscopia de plasmon de alta resolução, "Liu diz." Qualquer mudança conformacional nesta estrutura plasmônica 3D produzirá mudanças prontamente observáveis ​​no espectro óptico. "

p Não só as mudanças conformacionais em suas réguas de plasmon 3D alteraram os comprimentos de onda de espalhamento de luz, mas os graus de liberdade espacial proporcionados por sua estrutura de cinco nanobastões também possibilitaram a Liu e seus colegas distinguir a direção, bem como a magnitude das mudanças estruturais.

p "Como prova de conceito, fabricamos uma série de amostras usando litografia de feixe de elétrons de alta precisão e nanotécnicas de empilhamento de camada por camada, em seguida, os incorporou com nossas réguas de plasmon 3D em um meio dielétrico em um substrato de vidro, "Liu diz." Os resultados experimentais estavam em excelente acordo com os espectros calculados. "

p Alivisatos, Liu e seus colaboradores em Stuttgart imaginam um futuro em que os governantes de plasmon 3D iriam, por meio de ligantes bioquímicos, ser anexado a uma amostra de macromolécula, por exemplo, a vários pontos ao longo de uma fita de DNA ou RNA, ou em diferentes posições em uma proteína ou peptídeo. A amostra de macromolécula seria então exposta à luz e as respostas ópticas das réguas de plasmon 3D seriam medidas por meio de microespectroscopia de campo escuro.

p "A realização de réguas de plasmon 3D usando nanopartículas e ligantes bioquímicos é um desafio, mas montagens de nanopartículas 3D com simetrias e configurações desejadas já foram demonstradas, "Liu diz." Acreditamos que essas conquistas experimentais empolgantes, juntamente com a introdução de nosso novo conceito, abrirão o caminho para a realização de réguas de plasmon 3D em sistemas biológicos e outros sistemas de matéria mole.