p Estruturas que giram na luz revelam pequenas quantidades de DNA com sensibilidade 50 vezes melhor do que os melhores métodos atuais, uma colaboração entre a Universidade de Michigan e a Universidade Jiangnan na China mostrou. p A detecção altamente sensível de DNA pode ajudar no diagnóstico de pacientes, resolver crimes e identificar as origens de contaminantes biológicos, como um patógeno em um abastecimento de água.

p "Realmente não importa de onde vem o DNA-alvo, "disse Nicholas Kotov, Joseph B. e Florence V. Cejka Professor de Engenharia Química na U-M. “Para detectar um DNA específico, só precisamos saber uma pequena parte de sua sequência. "

p Os métodos atuais de análise de DNA baseiam-se na cópia de segmentos de uma fita de DNA. O processo descompacta a dupla hélice e, em seguida, curto, Cadeias de DNA 'primer' feitas em laboratório se ligam a cada metade do DNA original. Esses primers dão início ao processo de cópia, usando o DNA descompactado como modelo. Segmentos direcionados de DNA podem ser replicados desta forma, dobrando a cada ciclo. Se DNA suficiente for produzido antes que os erros de cópia se tornem um grande problema, em seguida, uma análise mais aprofundada pode mostrar se a amostra corresponde a um suspeito, por exemplo.

p Mas se os primers fossem muito seletivos para a sequência de DNA suspeita, então, uma correspondência poderia ser determinada simplesmente detectando se o DNA havia copiado ou não. Estudos revelaram que pequenas quantidades de DNA podem ser observadas quando nanopartículas esféricas de ouro foram anexadas aos primers. Se o DNA corresponder às suspeitas, cadeias de partículas unidas com DNA se formariam no processo de replicação. A solução de nanopartículas mudaria de cor de vermelho para azul, devido à forma como as cordas de partículas interagem com a luz.

p "Limites de detecção impressionantes foram atingidos para DNAs curtos com nanopartículas; no entanto, não por muito DNA, "Kotov disse.

p O problema, ele explicou, é que se as partículas estão mais distantes do que alguns nanômetros, ou milionésimos de milímetro, “eles não interagem fortemente e a cor azul não acontece”. Fios mais longos são necessários para diferenciar espécies e indivíduos com maior precisão.

p "Se os fios forem muito curtos, você poderia misturar o DNA de um assassino com o do cachorro do amigo - ou uma assinatura de câncer de estômago maligno com o pedaço de um burrito de frango, "Kotov disse.

p Ele e seu parceiro Chuanlai Xu, professor de ciência e tecnologia de alimentos na Universidade Jiangnan na China, levou a um esforço para ver se uma mudança óptica mais sutil se manteria em distâncias mais longas.

p Em vez de usar nanopartículas esféricas, a equipe começou com nanorods, em forma de pequenos doces Mike e Ike, cerca de 62 nanômetros de comprimento e 22 nanômetros de diâmetro. Eles anexaram o DNA do primer às laterais deles.

p Quando os nanorods se alinham, eles tendem a se desalinhar em cerca de 10 graus. Depois de algumas rodadas de cópia, as estruturas de ouro e DNA pareciam escadas de corda torcida. A luz que passava pela espiral de raios dourados reagiu girando.

p "A luz pode ser girada mesmo quando os nanobastões estão distantes um do outro, "Kotov disse." Isso dá aos nossos métodos uma tremenda vantagem em sensibilidade para longas fitas de DNA. "

p A rotação acontece porque a luz é composta de ondas elétricas e magnéticas que se movem em conjunto, e os campos elétricos e magnéticos exercem forças sobre as partículas carregadas que têm liberdade para se mover, como elétrons em metais. Os elétrons no ouro respondem muito bem à frequência das ondas de luz visíveis, então eles começam a se mover para frente e para trás no ouro, sincronizado com a luz. Esse efeito é uma via de mão dupla:os elétrons em movimento no ouro também podem afetar as ondas de luz.

p Kotov compara a luz a uma corda com ondulações passando por ela.

p "Agora imagine que o ar ao redor da corda pode se mover mais facilmente ao longo de certas direções, "Kotov disse.

p Para a luz que passa pelos nanobastões de ouro, é mais fácil se a onda elétrica se mover para cima e para baixo ao longo dos nanobastões, então a luz gira enquanto se move de nanobastão para nanobastão e continua girando após deixar a estrutura. E dependendo se a luz começa girando no sentido horário ou anti-horário, ele sente a torção dos nanobastões em diferentes comprimentos de onda.

p "Para fins analíticos, isto é um presente, "Kotov disse.

p Os dois picos na quantidade de torção para a luz no sentido horário e anti-horário podem ser somados, o que torna o sinal mais forte e permite ao método identificar uma correspondência com quantidades menores de DNA.

p "The strength of the rotation reaches maximum when the gap between nanorods is 20 nanometers, which is exactly what we need for the detection of long, selective and species-specific DNA strands, " Kotov said. "The calculations presented show that we can potentially increase the sensitivity even more in the future and to even longer DNAs."