Gli ingegneri della Ohio State University hanno inventato un nuovo tipo di nanoparticella che brilla in diversi colori per etichettare le molecole nei test biomedici.

Queste minuscole nanoparticelle di plastica sono riempite con pezzi di elettronica ancora più piccoli chiamati punti quantici. Come piccoli semafori, le particelle si illuminano di rosso, giallo, o verde, così i ricercatori possono facilmente tracciare le molecole al microscopio.

Questa è la prima volta che qualcuno crea nanoparticelle fluorescenti in grado di cambiare continuamente colore.

jessica inverno, assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare e ingegneria biomedica, e il ricercatore Gang Ruan descrivono la loro tecnologia in attesa di brevetto nell'edizione online della rivista Nano lettere .

I ricercatori etichettano abitualmente le molecole con materiali fluorescenti per poterle vedere al microscopio. A differenza delle più comuni molecole fluorescenti, i punti quantici brillano molto intensamente, e potrebbe illuminare particolarmente bene le reazioni chimiche, permettendo ai ricercatori di vedere il funzionamento interno delle cellule viventi.

Un collo di bottiglia per combattere malattie importanti come il cancro è la mancanza di comprensione a livello molecolare o cellulare dei processi biologici, spiegarono gli ingegneri.

"Queste nuove nanoparticelle potrebbero essere una grande aggiunta all'arsenale degli ingegneri biomedici che stanno cercando di trovare le radici delle malattie, " ha detto Ruan.

"Possiamo adattare queste particelle per etichettare particolari molecole, e utilizzare i colori per tenere traccia dei processi che altrimenti non saremmo in grado di seguire, " ha continuato. "Inoltre, questo lavoro potrebbe essere innovativo per il campo delle nanotecnologie nel suo complesso, perché risolve due problemi apparentemente inconciliabili con l'uso dei punti quantici."

I punti quantici sono pezzi di semiconduttore che misurano solo pochi nanometri, o miliardesimi di metro, attraverso. Non sono visibili ad occhio nudo, ma quando la luce li illumina, assorbono energia e iniziano a brillare. Questo è ciò che li rende buoni tag per le molecole.

A causa degli effetti della meccanica quantistica, i punti quantici "scintillano":si accendono e si spengono in momenti casuali. Quando molti punti si uniscono, però, il loro lampeggio casuale è meno evidente. Così, grandi ammassi di punti quantici sembrano brillare di una luce fissa.

Il lampeggiamento è stato un problema per i ricercatori, perché interrompe la traiettoria di una particella in movimento o di una molecola etichettata che stanno cercando di seguire. Ancora, anche lampeggiare è utile, perché quando i punti si uniscono e il lampeggiamento scompare, i ricercatori sanno per certo che le molecole etichettate si sono aggregate.

"Sbattere le palpebre è buono e cattivo, " ha spiegato Ruan. "Ma un giorno ci siamo resi conto che potevamo usare il 'buono' ed evitare il 'cattivo' allo stesso tempo, raggruppando alcuni punti quantici di diversi colori insieme all'interno di una micella."

Una micella è un contenitore sferico di dimensioni nanometriche, e mentre le micelle sono utili per esperimenti di laboratorio, si trovano facilmente nei detersivi per la casa:il sapone forma micelle che catturano gli oli nell'acqua. Ruan ha creato micelle usando polimeri, con diverse combinazioni di punti quantici rossi e verdi al loro interno.

Nei test, ha confermato che le micelle sembravano brillare costantemente. Quelli pieni solo di punti quantici rossi brillavano di rosso, e quelli imbottiti di verde brillavano di verde. Ma quelli che riempiva di puntini rossi e verdi si alternavano dal rosso al verde al giallo.

Il cambiamento di colore avviene quando uno o l'altro punto lampeggia all'interno della micella. Quando un punto rosso lampeggia e il verde lampeggia, la micella si illumina di verde. Quando il verde lampeggia e il rosso lampeggia, la micella si illumina di rosso. Se entrambi sono accesi, la micella si illumina di giallo.

Il colore giallo è dovuto alla percezione della luce da parte dei nostri occhi. Il processo è lo stesso di quando un pixel rosso e un pixel verde appaiono vicini sullo schermo di un televisore o di un computer:i nostri occhi vedono il giallo.

Nessuno può controllare quando si verificano cambiamenti di colore all'interno delle singole micelle. Ma poiché le particelle brillano continuamente, i ricercatori possono usarli per tracciare continuamente le molecole etichettate. Possono anche monitorare i cambiamenti di colore per rilevare quando le molecole si uniscono.

Winter e Ruan hanno affermato che le particelle potrebbero essere utilizzate anche nella ricerca sulla meccanica dei fluidi, in particolare, microfluidica. I ricercatori che stanno sviluppando minuscoli dispositivi medici con canali di separazione dei fluidi potrebbero utilizzare i punti quantici per seguire il percorso del fluido.

Lo stesso team di ricerca dello Stato dell'Ohio sta anche sviluppando particelle magnetiche per migliorare l'imaging medico del cancro, e potrebbe essere possibile combinare il magnetismo con la tecnologia dei punti quantici per diversi tipi di imaging. Ma prima che le particelle fossero sicure da usare nel corpo, dovrebbero essere fatti di materiali biocompatibili. I nanomateriali a base di carbonio sono una possibile opzione.

Intanto, Winter e Ruan continueranno a sviluppare le particelle di punti quantici che cambiano colore per gli studi di cellule e molecole al microscopio. Esploreranno anche cosa succede quando punti quantici di un altro colore, ad esempio, blu – vengono aggiunti al mix.