(PhysOrg.com) -- Sembrano frutti, e in effetti le stelle su scala nanometrica della nuova ricerca presso la Rice University hanno gustose implicazioni per l'imaging medico e il rilevamento chimico.

Nanobarre d'oro a forma di frutta di stella sintetizzate dal chimico Eugene Zubarev e Leonid Vigderman, uno studente laureato nel suo laboratorio presso la BioScience Research Collaborative di Rice, potrebbe alimentare applicazioni che si basano sulla spettroscopia Raman potenziata in superficie (SERS).

La ricerca è apparsa online questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society Langmuir .

I ricercatori hanno scoperto che le loro particelle restituivano segnali 25 volte più forti di nanobarre simili con superfici lisce. Ciò potrebbe alla fine rendere possibile rilevare quantità molto piccole di tali molecole organiche come DNA e biomarcatori, presente nei fluidi corporei, per particolari malattie.

"C'è un grande interesse per le applicazioni di rilevamento, "ha detto Zubarev, un professore associato di chimica. “SERS sfrutta la capacità dell'oro di potenziare i campi elettromagnetici a livello locale. I campi si concentreranno su difetti specifici, come gli spigoli vivi dei nostri nanostarfruits, e questo potrebbe aiutare a rilevare la presenza di molecole organiche a concentrazioni molto basse”.

Il SERS può rilevare da solo le molecole organiche, ma la presenza di una superficie dorata ne esalta notevolmente l'effetto, ha detto Zubarev. “Se prendiamo lo spettro delle molecole organiche in soluzione e lo confrontiamo con quando vengono adsorbite su una particella d'oro, la differenza può essere milioni di volte, ” ha detto. Il potenziale per aumentare ulteriormente quel segnale più forte di un fattore 25 è significativo, Egli ha detto.

Zubarev e Vigderman hanno coltivato lotti di bacchette a forma di stella in un bagno chimico. Hanno iniziato con particelle di semi di nanobarre d'oro altamente purificate con sezioni trasversali pentagonali sviluppate dal laboratorio di Zubarev nel 2008 e le hanno aggiunte a una miscela di nitrato d'argento, acido ascorbico e cloruro d'oro.

Oltre 24 ore, le particelle si sono gonfiate fino a 550 nanometri di lunghezza e 55 nanometri di larghezza, molti con estremità appuntite. Le particelle assumono creste lungo la loro lunghezza; fotografato capovolto con un microscopio elettronico, sembrano pile di cuscini a forma di stella.

Perché i pentagoni si trasformano in stelle è ancora un po' un mistero, Zubarev ha detto, ma era disposto a speculare. “Da molto tempo, il nostro gruppo si è interessato all'amplificazione dimensionale delle particelle, ” ha detto. "Basta aggiungere cloruro d'oro e un agente riducente alle nanoparticelle d'oro, e diventano abbastanza grandi da essere visti con un microscopio ottico. Ma in presenza di ioni nitrato d'argento e bromuro, le cose accadono diversamente».

Quando Zubarev e Vigderman hanno aggiunto un tensioattivo comune, bromuro di cetiltrimetilammonio (alias CTAB), all'impasto, il bromuro si combinava con gli ioni d'argento per produrre un sale insolubile. “Riteniamo che un sottile film di bromuro d'argento si formi sulle facce laterali delle aste e le blocchi parzialmente, Ha detto Zubarev.

Questo a sua volta ha rallentato la deposizione dell'oro su quelle superfici piatte e ha permesso ai nanotubi di raccogliere più oro nei punti del pentagono, dove sono cresciuti nelle creste che hanno dato alle aste la loro sezione trasversale simile a una stella. "È probabile che il bromuro d'argento blocchi le superfici piane in modo più efficiente rispetto ai bordi taglienti tra di loro, ” ha detto.

I ricercatori hanno provato a sostituire l'argento con altri ioni metallici come il rame, mercurio, ferro e nichel. Tutti hanno prodotto nanobarre relativamente lisce. “A differenza dell'argento, nessuno di questi quattro metalli forma bromuri insolubili, e questo potrebbe spiegare perché l'amplificazione è altamente uniforme e porta a particelle con superfici lisce, ” ha detto.

I ricercatori hanno anche sviluppato nanofili più lunghi che, insieme ai loro vantaggi ottici, possono avere proprietà elettroniche uniche. Esperimenti in corso con Stephan Link, un assistente professore di chimica e ingegneria chimica e biomolecolare, aiuterà a caratterizzare la capacità dei nanofili di starfruit di trasmettere un segnale plasmonico. Ciò potrebbe essere utile per le guide d'onda e altri dispositivi optoelettronici.

Ma l'area di interesse principale nel laboratorio di Zubarev è biologica. “Se siamo in grado di modificare la rugosità superficiale in modo tale che le molecole biologiche di interesse si adsorbano selettivamente sulla superficie dei nostri robusti nanotubi, quindi possiamo iniziare a guardare a concentrazioni molto basse di DNA o biomarcatori del cancro. Ci sono molti tumori in cui la diagnostica dipende dalla concentrazione più bassa del biomarcatore che può essere rilevata”.