Grazie a un nuovo dispositivo delle dimensioni di un capello umano, è ora possibile rilevare molecole in una soluzione liquida e osservare le loro interazioni. Questo è di grande interesse per la comunità scientifica, poiché attualmente non esiste un modo affidabile per esaminare in tempo reale sia il comportamento che la struttura chimica delle molecole in un liquido.

Sviluppato alla Boston University da Hatice Altug e dal suo studente Ronen Adato, il processo riunisce tecniche di rilevamento a infrarossi e nanoparticelle d'oro. Potrebbe potenzialmente rendere possibile un'intera nuova classe di misurazioni, che sarebbe un passo fondamentale nella comprensione delle funzioni biologiche di base e degli aspetti chiave della progressione e del trattamento della malattia. "La nostra tecnologia potrebbe rivelarsi utile per studiare il comportamento delle proteine, medicinali e cellule nel sangue o sostanze inquinanti nell'acqua", dice Hatice Altug.

Ora una ricercatrice dell'EPFL, la dott.ssa Altug, ha pubblicato i suoi risultati su Comunicazioni sulla natura .

Come una corda di chitarra

Il dispositivo si basa su una nota tecnica di rilevamento chiamata spettroscopia di assorbimento a infrarossi. La luce infrarossa può già essere utilizzata per rilevare gli elementi:il raggio eccita le molecole, che iniziano a vibrare in modi diversi a seconda delle loro dimensioni, composizione e altre proprietà. "È come una corda di chitarra che vibra in modo diverso a seconda della sua lunghezza, " spiega Hatice Altug. La vibrazione unica di ogni tipo di molecola agisce come una firma per quella molecola.

Questa tecnica funziona molto bene in ambienti asciutti ma non per niente bene in ambienti acquosi. "Per poterle rilevare, è necessario che sia presente un gran numero di molecole. È anche più difficile rilevare le molecole nell'acqua, come quando il raggio passa attraverso la soluzione, anche le molecole d'acqua vibrano e interferiscono con la firma della molecola bersaglio, " spiega il dottor Altug.

Utilizzo di nanoparticelle per catturare e illuminare le molecole

Per aggirare questi ostacoli, i ricercatori hanno sviluppato un sistema in grado di isolare le molecole bersaglio ed eliminare le interferenze.

La dimensione di un centesimo, il dispositivo è costituito da camere fluidiche in miniatura, che sono ricoperti su un lato da particelle d'oro in nanoscala dalle proprietà sorprendenti. "Copriamo la superficie delle nanoparticelle con, Per esempio, anticorpi, al fine di far aderire loro una specifica proteina o sostanza chimica, " spiega il ricercatore. "Una volta introdotta nella camera la soluzione contenente gli elementi mirati, le nanoparticelle agiscono come catturatori di molecole." Questa tecnica permette di isolare le molecole bersaglio dal resto del liquido.

Ma questo non è l'unico ruolo svolto dalle nanoparticelle. Sono anche in grado di concentrare la luce in volumi di dimensioni nanometriche attorno alla loro superficie come risultato della risonanza plasmonica.

Nella camera, il raggio non ha bisogno di passare attraverso l'intera soluzione. Anziché, viene inviato direttamente alla nanoparticella, che concentra la luce. Preso nella trappola, le molecole bersaglio sono le uniche ad essere così intensamente esposte ai fotoni.

La reazione tra le molecole e i fotoni infrarossi è estremamente forte, il che significa che possono essere rilevati e osservati in modo molto preciso. "Questa tecnica ci consente di osservare le molecole in situ mentre reagiscono con gli elementi nel loro ambiente naturale. Ciò potrebbe rivelarsi estremamente utile sia per la medicina che per la biologia, " afferma il dottor Altug.

Uso nella ricerca medica

Un altro vantaggio è che il chip è estremamente compatto e può essere collegato a microscopi già in uso. "Non abbiamo bisogno di campioni di grandi dimensioni per condurre le nostre analisi, " dice Ronen Adato.

Andando avanti, Hatice Altug intende continuare la sua ricerca con un focus sulle applicazioni mediche. I primi test sono stati condotti con comuni molecole anticorpali, e le analisi devono ora essere messe a punto. "Mi piacerebbe davvero lavorare con altri ricercatori di scienze della vita, ospedali e biologi. Sono particolarmente interessato ad utilizzare il mio metodo nello studio delle malattie, inclusi cancro e disturbi neurologici, per osservare l'effetto di determinati medicinali sulle cellule malate o per rilevare i biomarcatori della malattia, Per esempio."