Braccio di Ferro, l'eroe dei fumetti, giura su di essa come fanno generazioni di genitori che deliziano i propri figli con gli spinaci. Certo, oggi si sa che il vegetale non è così ricco di ferro come si pensava originariamente, ma che il ferro sia comunque indispensabile per il nostro benessere fisico è indiscusso. La mancanza di ferro, causata dalla malnutrizione, può portare all'anemia, mentre un aumento del livello di ferro può segnalare la presenza di una risposta infiammatoria acuta. Perciò, il livello di ferro nel sangue è un importante agente diagnostico medico. Ricercatori dell'Università di Ulm, guidato dal fisico sperimentale Fedor Jelezko, il fisico teorico Martin Plenio e la chimica Tanja Weil, hanno sviluppato un nuovo biosensore per la determinazione del contenuto di ferro basato su nanodiamanti.

"Gli esami del sangue standard non catturano, come ci si potrebbe aspettare, gli ioni di ferro liberi nel sangue, perché il ferro libero è tossico ed è quindi difficilmente rilevabile nel sangue, " spiega la professoressa Tanja Weil, direttore dell'Istituto di Chimica Organica III, Università di Ulma. Questi metodi si basano invece su alcune proteine ​​che sono responsabili dello stoccaggio e del trasporto del ferro. Una di queste proteine ​​è la ferritina che può contenere fino a 4, 500 ioni magnetici di ferro. La maggior parte dei test standard si basa su tecniche immunologiche e stima la concentrazione di ferro indirettamente sulla base di diversi marcatori. I risultati di test diversi possono tuttavia portare a risultati incoerenti in alcune situazioni cliniche.

Gli scienziati di Ulm hanno sviluppato un approccio completamente nuovo per rilevare la ferritina. Ciò ha richiesto una combinazione di diverse nuove idee. Primo, ogni atomo di ferro legato alla ferritina genera un campo magnetico ma poiché ce ne sono solo 4, 500 di loro, il campo magnetico totale che generano è davvero molto piccolo e quindi difficile da misurare. Questo infatti, ha rappresentato la seconda sfida per il team:sviluppare un metodo sufficientemente sensibile per rilevare campi magnetici così deboli. Ciò hanno ottenuto facendo uso di un completamente nuovo, tecnologia innovativa basata su minuscoli diamanti artificiali di dimensioni nanometriche. Fondamentalmente questi diamanti non sono perfetti, incolori e trasparenti, ma contengono difetti reticolari che sono otticamente attivi e quindi forniscono il colore dei diamanti.

"Questi centri di colore ci consentono di misurare l'orientamento degli spin degli elettroni nei campi esterni e quindi misurare la loro forza", spiega il professor Fedor Jelezko, direttore dell'Istituto di ottica quantistica di Ulm. In terzo luogo, il team ha dovuto trovare un modo per adsorbire la ferritina sulla superficie del diamante. "Ci siamo riusciti con l'aiuto delle interazioni elettrostatiche tra le minuscole particelle di diamante e le proteine ​​di ferritina, " aggiunge Weil. Infine, "La modellazione teorica era essenziale per garantire che il segnale misurato fosse effettivamente coerente con la presenza di ferritina e quindi per convalidare il metodo, " afferma Martin Plenio, Direttore dell'Istituto di Fisica Teorica. I piani futuri del team di Ulm includono la determinazione precisa del numero di proteine ​​di ferritina e il carico medio di ferro delle singole proteine.

La dimostrazione di questo metodo innovativo, segnalato in Nano lettere , rappresenta un primo passo verso gli obiettivi del loro recente BioQ Synergy Grant. L'obiettivo di questo progetto è l'esplorazione delle proprietà quantistiche in biologia e la creazione di strutture a diamante auto-organizzate.

"I sensori a diamante possono così essere applicati in biologia e medicina, "dicono gli scienziati di Ulm. Ma la loro nuova invenzione ha i suoi limiti". Se i bambini hanno effettivamente mangiato i loro spinaci non può essere rilevato con il sensore a diamante, è ancora prerogativa dei genitori", confessa il fisico quantistico Plenio.