(Phys.org)—L'acidità (pH) e i suoi cambiamenti svolgono un ruolo importante in molti processi fisiologici, compreso il ripiegamento delle proteine, e possono agire come indicatori di cancro. Nel diario Angewandte Chemie , I ricercatori americani hanno ora introdotto un sensore di pH non convenzionale che consente di monitorare le variazioni dei valori di pH nelle cellule viventi per periodi di tempo più lunghi, con risoluzione spaziale prima non ottenibile. Ciò è possibile attraverso la combinazione di nanocristalli fluorescenti con "bracci" molecolari mobili che possono piegarsi o aprirsi a seconda del pH del loro ambiente.
endosomi, organelli cellulari che svolgono un ruolo nel trasporto all'interno delle cellule, sperimentano un notevole calo del loro valore di pH man mano che maturano. Questo è stato osservato dal team che lavora con Moungi G. Bawendi presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge utilizzando un nuovo sensore di pH nanoscopico e un microscopio a fluorescenza. Il segreto del loro successo risiede nel design non convenzionale del loro sensore:un "braccio molecolare" mobile collega un nanocristallo fluorescente verde a un colorante fluorescente rosso. I nanocristalli sono particelle di materiali semiconduttori che trasferiscono facilmente l'energia luminosa che assorbono a coloranti fluorescenti attraverso un meccanismo privo di radiazioni (trasferimento di energia per risonanza di fluorescenza, o FRET). Ciò fa sì che il colorante diventi fluorescente, purché entrambi i partner FRET siano abbastanza vicini l'uno all'altro.
La distanza tra il nanocristallo e il colorante è controllata piegando e dispiegando il braccio molecolare sul sensore nano pH e questo movimento dipende dal pH. Il braccio è costituito da un pezzo di DNA a doppio filamento e un pezzo di DNA a filamento singolo. All'aumentare della concentrazione di ioni H+, così fa la tendenza a formare un "triplo filo", in cui il singolo filo si inserisce nella scanalatura del doppio filo, facendo piegare il braccio. Questo "movimento del braccio" avviene nell'intervallo fisiologicamente importante intorno al pH 7 ed è molto sensibile al minimo cambiamento.
A valori di pH più alti, il braccio è teso e i partner FRET sono troppo lontani l'uno dall'altro perché avvenga il trasferimento di energia. Il nanocristallo emette fluorescenza verde e il colorante non emette fluorescenza. Quando il pH si abbassa, il braccio si piega abbastanza da consentire il trasferimento di energia FRET. La fluorescenza verde del nanocristallo diminuisce e il colorante inizia a brillare di rosso. Poiché questa tecnica misura il rapporto tra fluorescenza verde e rossa invece di un valore assoluto, variazioni di intensità non fanno differenza. Il sensore ha quindi un riferimento interno.
In questo tipo di sensore, il vero e proprio "tastatore di pH" e il segnalatore ottico sono due componenti separati. Sostituendo il tester di pH con un braccio molecolare che risponde a un diverso analita dovrebbe essere possibile utilizzare lo stesso principio e lo stesso dispositivo di segnalazione ottica per costruire sensori per altre molecole bersaglio.
I fluorofori nanocristallini hanno causato molta eccitazione in diversi campi a causa delle loro proprietà ottiche attraenti. I nanocristalli offrono proprietà superiori rispetto ai tradizionali fluorofori molecolari, in particolare in biologia, dove possono aiutare a rivelare il funzionamento interno della cellula. Però, la conversione di questi nuovi nanomateriali in sensori fluorescenti si è rivelata difficile. Il concetto di sfruttare un cambiamento conformazionale molecolare per creare un sensore è nuovo per i sensori di nanocristalli e potrebbe rivelarsi una soluzione generale al problema di realizzare sensori dai nanocristalli.
