(Phys.org) - Minúsculas câmaras biomoleculares chamadas nanoporos que podem ser aquecidas seletivamente podem ajudar os médicos a diagnosticar doenças de forma mais eficaz se houver pesquisa recente de uma equipe do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), Wheaton College, e a Virginia Commonwealth University (VCU) se mostra eficaz. Embora as descobertas possam estar a anos de distância da aplicação na clínica, eles podem um dia melhorar a capacidade dos médicos de pesquisar rapidamente a corrente sanguínea em busca de indicadores de doenças - um objetivo de longa data da pesquisa médica.

A equipe foi pioneira no trabalho no uso de nanoporos - pequenas câmaras que imitam os canais iônicos nas membranas das células - para a detecção e identificação de uma ampla gama de moléculas, incluindo DNA. Os canais iônicos são os portais pelos quais a célula admite e expulsa materiais como proteínas, íons e ácidos nucléicos. O canal iônico típico é tão pequeno que apenas uma molécula pode caber dentro de cada vez.

Anteriormente, membros da equipe inseriram um nanoporo em uma membrana celular artificial, que eles colocaram entre dois eletrodos. Com esta configuração, eles poderiam conduzir moléculas individuais para o nanopore e prendê-las lá por alguns milissegundos, o suficiente para explorar algumas de suas características físicas.

"Uma única molécula cria uma mudança marcante na corrente que flui através do poro, o que nos permite medir a massa da molécula e a carga elétrica com alta precisão, "diz Joseph Reiner, um físico da VCU que já trabalhou no NIST. "Isso permite a discriminação entre diferentes moléculas em alta resolução. Mas para o trabalho médico do mundo real, médicos e clínicos precisarão de capacidade de medição ainda mais avançada. "

Um objetivo do trabalho da equipe é diferenciar entre não apenas vários tipos de moléculas, mas entre os muitos milhares de diferentes proteínas e outros biomarcadores em nossa corrente sanguínea. Por exemplo, mudanças nos níveis de proteína podem indicar o início da doença, mas com tantas moléculas semelhantes na mistura, é importante não confundir um com o outro. Então, a equipe expandiu sua capacidade de medição anexando nanopartículas de ouro a nanoporos projetados, "que fornece outro meio de discriminar entre várias espécies moleculares por meio do controle de temperatura, "Reiner diz.

A equipe anexou nanopartículas de ouro ao nanopore por meio de amarras feitas de fitas complementares de DNA. A capacidade do ouro de absorver luz e converter rapidamente sua energia em calor que conduz para a solução adjacente permite que a equipe altere a temperatura do nanopore com um laser à vontade, mudando dinamicamente a maneira como as moléculas individuais interagem com ele.

"Historicamente, mudanças repentinas de temperatura foram usadas para determinar as taxas de reações químicas que antes eram inacessíveis à medição, "diz o biofísico do NIST John Kasianowicz." A capacidade de mudar rapidamente as temperaturas em volumes proporcionais ao tamanho de moléculas individuais permitirá a separação de espécies sutilmente diferentes. Isso não só ajudará na detecção e identificação de biomarcadores, também ajudará a desenvolver uma compreensão mais profunda dos processos termodinâmicos e cinéticos em moléculas individuais. "

A equipe está pesquisando maneiras de melhorar os nanoporos baseados em semicondutores, o que poderia expandir ainda mais essa nova capacidade de medição.