p Mesmo a menor molécula pode contar uma grande história. Por exemplo, observar uma única molécula pode lançar luz sobre os processos biológicos subjacentes no corpo humano. Na verdade, procedimentos de imagem molecular - que não são invasivos e indolores - estão sendo usados ​​para diagnosticar e gerenciar o tratamento de COVID-19, Câncer, doença cardíaca, e outras condições de saúde graves. p Uma das técnicas mais promissoras para imagens de molécula única é a espectroscopia Raman de superfície aprimorada, ou SERS. Ao focar um feixe de laser na amostra, SERS detecta mudanças nas moléculas com base em como elas espalham a luz, e pode identificar moléculas específicas por meio de seus espectros Raman exclusivos:uma espécie de impressão digital molecular. Uma vantagem do SERS é que ele não é destrutivo e requer preparação mínima de amostra, uma vez que não requer adição de produtos químicos ou modificações para fazer medições.

p Em um estudo publicado recentemente em Materiais avançados , engenheiros da Johns Hopkins Whiting School of Engineering descrevem um novo nanomaterial que permite a detecção rápida e altamente sensível de uma única molécula usando SERS. Sua invenção pode abrir caminho para testes diagnósticos mais rápidos e precisos.

p Para criar seu novo material, denominado modelo silicificado por DNA para farol óptico Raman ou DNA-STROBE, uma equipe liderada por Ishan Barman, um professor associado de engenharia mecânica, cavidades ópticas projetadas de apenas alguns nanômetros ou menos. Na imagem SERS, essas cavidades plasmônicas "prendem" feixes de luz, convertendo sua radiação eletromagnética em ondas de elétrons. As minúsculas nanocavidades plasmônicas da equipe de Barman aumentam exponencialmente a densidade dessa energia eletromagnética aprisionada, potencialmente permitindo a imagem biomolecular quantitativa em concentrações ultrabaixo.

p "A eficácia das medições SERS depende da arquitetura e reprodutibilidade das sondas em nanoescala. Se projetadas e realizadas com sucesso, nossas estruturas DNA-STROBE oferecem em tempo real, única molécula, detecção óptica sem etiqueta que é quase impossível de alcançar com qualquer plataforma existente, "disse Barman, o autor correspondente do artigo.

p Os co-autores do estudo incluem Le Liang e Peng Zheng, ambos pós-doutorandos na Johns Hopkins Whiting School of Engineering.

p De acordo com Barman, As medições SERS podem oferecer percepções sem precedentes em nanoescala, que permanece um esforço desafiador para métodos de imagem convencionais. A intensidade do sinal SERS depende do tamanho das lacunas em nanoescala, conhecido como "pontos de acesso". Como essas nanocavidades confinam a energia da luz, quanto menores as lacunas, quanto mais alto o sinal SERS. Contudo, nanocavidades desse tamanho pequeno são extremamente difíceis (e caras) de fabricar de maneira programável e reproduzível, ele explicou.

p A equipe de pesquisa recorreu à nanotecnologia de DNA para encontrar uma resposta. Usando DNA como andaimes, a equipe construiu nanocavidades sintéticas com o tamanho perfeito para se tornarem hotspots. Mas, dada a natureza elástica do DNA, especialmente sua propensão a dobrar e dobrar, o tamanho das estruturas DNA-STROBE formadas pode mudar, potencialmente enfraquecendo o sinal SERS. Assim, a equipe encapsulou as estruturas do DNA-STROBE com uma casca protetora de sílica ultrafina para evitar tais flutuações.

p O estudo relatou duas descobertas significativas. Primeiro, os pesquisadores mostraram que podiam fabricar nanocavidades ultrapequenas com ampliação eletromagnética bem controlada e grande do sinal SERS. Segundo, sua abordagem permite estudos de uma única molécula, mesmo em amostras biológicas com altas concentrações de moléculas - um obstáculo na pesquisa anterior.

p "Ficamos entusiasmados em observar que o DNA-STROBE aumentou o sinal Raman, e era forte o suficiente para permitir detecção em tempo real e imagens de super-resolução. Isso certamente abrirá novos caminhos para o uso da análise SERS, particularmente em aplicações de detecção e imagem onde a adição de agentes de contraste e corantes não é desejável ou prático, "disse Liang.

p O próximo passo, os pesquisadores dizem, consistirá em desenvolver um conjunto de ferramentas analíticas derivadas do DNA-STROBE sob medida para uma gama de aplicações. Por exemplo, a equipe acredita que sua abordagem oferece uma plataforma de última geração para detecção ultrassensível de biomarcadores de câncer circulantes.

p "Com personalização adequada, o DNA-STROBE pode permitir o progresso em uma ampla variedade de campos, desde diagnósticos clínicos e pesquisa biomédica básica até detecção ambiental e manipulação de molécula única, "acrescenta Barman.