Cientistas do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz (MPL) e Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) em Erlangen apresentam um grande avanço na caracterização de nanopartículas. Eles usaram um método especial de microscopia baseado em interfereometria para superar os instrumentos existentes. Uma possível aplicação desta técnica pode ser a identificação de doenças.
As nanopartículas estão por toda parte. Eles estão em nosso corpo como agregados de proteínas, vesículas lipídicas ou vírus. Eles estão em nossa água potável na forma de impurezas. Eles estão no ar que respiramos como poluentes. Ao mesmo tempo, muitos medicamentos são baseados na entrega de nanopartículas, incluindo as vacinas que recebemos recentemente. Acompanhando a pandemia, os testes rápidos usados ​​para a detecção do SARS-Cov-2 também são baseados em nanopartículas. A linha vermelha, que monitoramos dia a dia, contém miríades de nanopartículas de ouro revestidas com anticorpos contra proteínas que relatam infecção.

Tecnicamente, chama-se algo de nanopartícula quando seu tamanho (diâmetro) é menor que um micrômetro. Objetos da ordem de um micrômetro ainda podem ser medidos em um microscópio normal, mas partículas muito menores, digamos menores que 0,2 micrômetros, tornam-se extremamente difíceis de medir ou caracterizar. Curiosamente, essa também é a faixa de tamanho dos vírus, que pode se tornar tão pequena quanto 0,02 micrômetros.

Ao longo dos anos, cientistas e engenheiros desenvolveram uma série de instrumentos para caracterizar nanopartículas. Idealmente, deseja-se medir sua concentração, avaliar seu tamanho e distribuição de tamanho e determinar sua substância. Um exemplo de ponta é um microscópio eletrônico. Mas esta tecnologia tem muitas deficiências. É muito volumoso e caro, e os estudos demoram muito porque as amostras precisam ser cuidadosamente preparadas e colocadas no vácuo. E mesmo assim, continua sendo difícil determinar a substância das partículas que se vê em um microscópio eletrônico.

Um dispositivo rápido, confiável, leve e portátil que pode ser usado no consultório médico ou no campo teria um impacto enorme. Alguns instrumentos ópticos no mercado oferecem tais soluções, mas sua resolução e precisão têm sido insuficientes para examinar nanopartículas menores, por exemplo, muito menores que 0,1 micrômetro (ou 100 nm).

Um grupo de pesquisadores do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz e Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin inventaram agora um novo dispositivo que oferece um grande salto na caracterização de nanopartículas. O método é chamado iNTA, abreviação de Interferometric Nanoparticle Tracking Analysis. Seus resultados são relatados na edição de maio de Nature Methods .

O método é baseado na detecção interferométrica da luz espalhada por nanopartículas individuais que vagam em um líquido. Nesse meio, a energia térmica move perpetuamente as partículas em direções aleatórias. Acontece que o espaço que uma partícula explora em um determinado tempo se correlaciona com seu tamanho. Em outras palavras, partículas pequenas se movem "mais rápido" e cobrem um volume maior do que partículas grandes. A equação que descreve esse fenômeno – a relação Stokes-Einstein – remonta ao início do século passado e desde então tem encontrado uso em muitas aplicações. Em poucas palavras, se alguém pudesse seguir uma nanopartícula e coletar estatísticas sobre sua trajetória agitada, poderia deduzir seu tamanho. Então, o desafio é gravar filmes muito rápidos de pequenas partículas se movendo.

Cientistas da MPL desenvolveram um método especial de microscopia nas últimas duas décadas, conhecido como microscopia de dispersão interferométrica (iSCAT). Esta técnica é extremamente sensível na detecção de nanopartículas. Ao aplicar o iSCAT ao problema de difusão de nanopartículas, o grupo MPL percebeu que pode superar os instrumentos existentes no mercado. A nova tecnologia tem uma vantagem especial na decifração de misturas de nanopartículas com diferentes tamanhos e diferentes materiais.

As aplicações do novo método são múltiplas. Uma linha de aplicações particularmente interessante diz respeito a veículos de tamanho nano que são secretados pelas células, as chamadas vesículas extracelulares. Estes são feitos de uma casca lipídica, muito parecida com uma nano bolha de sabão. Mas a casca e o líquido interno também contêm proteínas, que nos informam sobre a origem das vesículas, ou seja, de qual órgão ou processo celular. Quando a quantidade de proteína e/ou o tamanho da vesícula se desviam da faixa normal, pode ser que a pessoa esteja doente. Portanto, é muito importante encontrar maneiras de caracterizar as vesículas extracelulares.

Os pesquisadores do MPL e MPZPM estão agora trabalhando no desenvolvimento de um sistema de bancada para permitir que cientistas de todo o mundo se beneficiem das vantagens do iNTA. + Explorar mais

Rastreando o movimento de uma única nanopartícula