(PhysOrg.com) -- Un team di ricerca di Stanford utilizza nanopilastri luminosi per dare ai biologi, neurologi e altri ricercatori una più profonda, sguardo più preciso nelle cellule viventi.

Come vanno le parole, evanescente non vede abbastanza uso. È un termine abile la cui bellezza smentisce il suo vero significato:fugace o estinguendosi rapidamente. James Dean era evanescente. Gli ultimi raggi di un tramonto sono evanescenti. Tutto ciò che svanisce, però, non è perso, come ha dimostrato un team di ricercatori di Stanford in un recente articolo in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze. Infatti, nelle mani giuste, l'evanescenza può avere un effetto duraturo.

Il team di Stanford - guidato dal chimico Bianxiao Cui e dall'ingegnere Yi Cui (nessuna relazione), con gli studiosi Chong Xie e Lindsey Hanson – hanno creato una piattaforma di ricerca cellulare che utilizza nanopilastri che brillano in modo tale da consentire ai biologi, neurologi e altri ricercatori una più profonda, sguardo più preciso nelle cellule viventi.

"Questo nuovo sistema di illuminazione è molto preciso, " disse Bianxiao Cui, autore senior dello studio e assistente professore di chimica a Stanford. "Le stesse strutture dei nanopillar offrono molti vantaggi che rendono questo sviluppo particolarmente promettente per lo studio delle cellule umane".

Sfide di lunga data

Per comprendere il potenziale di questa svolta, è utile comprendere le sfide alle precedenti forme di imaging molecolare, che illuminano direttamente l'area del soggetto anziché utilizzare la retroilluminazione, come in questo approccio.

Gli scienziati sperano in meglio, l'imaging molecolare più piccolo è stato per anni ammanettato da una limitazione fisica su quanto piccola fosse un'area su cui potevano concentrarsi, un'area nota come volume di osservazione. Il volume minimo di osservazione è stato a lungo limitato alla lunghezza d'onda della luce visibile, circa 400 nanometri. Molecole individuali, anche lunghe proteine ​​comuni in biologia e medicina, sono molto più piccoli di 400 nanometri.

È qui che entra in gioco l'evanescenza. Il team di Stanford ha impiegato con successo nanocolonne di quarzo che brillano quanto basta per fornire luce per vedere, ma abbastanza debole da colpire al di sotto della barriera dei 400 nanometri. Il campo di luce che circonda i nanopilastri luminosi - noto come "onda di evanescenza" - si estingue entro circa 150 nanometri dal pilastro. Voilà – una fonte di luce più piccola della lunghezza d'onda della luce. I ricercatori di Stanford stimano di aver ridotto il volume di osservazione a un decimo delle dimensioni dei metodi precedenti.

Promessa particolare

La tecnica di imaging del nanopillar di Stanford è particolarmente promettente negli studi cellulari per diversi motivi. Primo, non è invasivo – non danneggia la cellula che viene osservata, una caduta di alcune tecnologie precedenti. Ad esempio, un neurone vivente può essere coltivato sulla piattaforma e osservato per lunghi periodi di tempo.

Secondo, i nanopillars essenzialmente fissano le cellule in posizione. Questo è promettente per lo studio dei neuroni in particolare, che tendono a spostarsi nel tempo a causa dei ripetuti spari e rilassamenti necessari allo studio.

Infine, e forse, cosa più importante, il team di Stanford ha scoperto che modificando la chimica sulla superficie dei nanopilastri potrebbero attrarre molecole specifiche che vogliono osservare. In sostanza possono selezionare manualmente le molecole da studiare anche all'interno dell'ambiente affollato e complesso di una cellula umana.

"Sappiamo che le proteine ​​e i loro anticorpi si attraggono, " ha detto Bianxiao Cui. "Rivestiamo i pilastri con anticorpi e le proteine ​​che vogliamo guardare sono attratte direttamente dalla fonte di luce, come le prime donne alla ribalta".

Organizzare la scena

Per creare i loro nanopilastri, i membri del team di Stanford iniziano con un foglio di quarzo, che spruzzano con sottili punti d'oro in uno schema a dispersione – in stile Jackson Pollock. Quindi attaccano il quarzo usando un gas corrosivo. I punti dorati proteggono il quarzo direttamente sotto dal processo di incisione, lasciando dietro di sé alto, sottili pilastri di quarzo.

I ricercatori possono controllare l'altezza dei nanopilastri regolando la quantità di tempo in cui il gas di incisione resta in contatto con il quarzo e il diametro dei nanocolonne variando la dimensione dei punti d'oro. Una volta completato il processo di incisione e creati i pilastri, aggiungono uno strato di platino alla piana distesa di quarzo alla base dei pilastri.

L'ambientazione è qualcosa di un film futuristico di John Ford:Monument Valley reso in cristallo di quarzo. Mancano solo una diligenza e John Wayne. In questo mondo, un vasto deserto di platino si estende fino all'orizzonte, interrotto a volte da punte trasparenti di quarzo cristallino che si elevano a diverse centinaia di nanometri dal fondovalle.

I ricercatori di Stanford quindi fanno brillare una luce da sotto la loro creazione. Il platino opaco blocca la maggior parte della luce, ma una piccola quantità sale attraverso i nanopilastri, che brillano contro il campo oscuro del platino.

"I nanopilastri assomigliano un po' a minuscole spade laser, " disse Yi Cui, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali a Stanford, "ma forniscono la giusta quantità di luce per consentire agli scienziati di fare cose piuttosto sorprendenti, come guardare le singole molecole".

Il team ha creato una piattaforma eccezionale per la coltura e l'osservazione delle cellule umane. Il platino è biologicamente inerte e le cellule crescono e aderiscono strettamente ai nanopilastri. Le guglie luminose si incontrano quindi con molecole fluorescenti all'interno della cellula vivente, facendo brillare le molecole, fornendo ai ricercatori solo la luce di cui hanno bisogno per sbirciare all'interno delle cellule.

"Così, non solo abbiamo trovato un modo per illuminare volumi un decimo più piccoli rispetto ai metodi precedenti - permettendoci di guardare strutture sempre più piccole - ma possiamo anche scegliere quali molecole vogliamo osservare, " ha detto Yi Cui. "Questo potrebbe dimostrare proprio il tipo di tecnologia trasformativa che i ricercatori in biologia, neurologia, la medicina e altre aree devono fare il prossimo passo avanti nella loro ricerca".