Gli scienziati della Rice University hanno condotto un progetto per "vedere" e misurare lo spazio in materiali porosi, anche se quello spazio è troppo piccolo o fragile per i microscopi tradizionali.

Il laboratorio Rice del chimico Christy Landes ha inventato una tecnica per caratterizzare tali spazi su nanoscala, un importante passo avanti verso il progetto in corso del suo gruppo per separare in modo efficiente le "proteine ​​di interesse" per la produzione di farmaci. Dovrebbe inoltre giovare all'analisi di materiali porosi di ogni genere, come cristalli liquidi, idrogel, polimeri e anche sostanze biologiche come il citosol, i fluidi compartimentati nelle cellule.

La ricerca con i collaboratori dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) e la Kansas State University appaiono sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

È facile usare un composto chimico fluorescente per etichettare, o "etichetta, " un materiale e fotografarlo, disse Landes. "Ma cosa succede se la cosa di cui vuoi un'immagine è per lo più nulla? Questo è il problema che abbiamo dovuto risolvere per capire cosa stava succedendo nel materiale di separazione".

Il team mira a migliorare la separazione delle proteine ​​in un processo chiamato cromatografia, in cui le soluzioni fluiscono attraverso il materiale poroso in una colonna. Poiché materiali diversi viaggiano a velocità diverse, i componenti si separano e possono essere purificati.

"Abbiamo imparato che in agarosio, un materiale poroso utilizzato per separare le proteine, il raggruppamento delle spese è molto importante, " ha detto Landes. Mentre il progetto sulle proteine ​​ha avuto successo, "quando abbiamo confrontato i dati sperimentali con la nostra teoria, c'era qualcosa in più che ha contribuito alla separazione che non siamo riusciti a spiegare".

La risposta sembrava essere nel modo in cui le particelle cariche come i ligandi su scala nanometrica si sono organizzate nei pori. "Era l'unica spiegazione possibile, " Landes ha detto. "Quindi avevamo bisogno di un modo per l'immagine dei pori."

Tecniche standard come la forza atomica, La microscopia a raggi X ed elettronica richiederebbe che i campioni fossero congelati o essiccati. "Ciò si restringerebbe o si gonfierebbe o cambierebbe le loro strutture, " lei disse.

Al team è venuto in mente di combinare la propria esperienza con la microscopia a super risoluzione vincitrice del premio Nobel e le tecniche di spettroscopia di correlazione di fluorescenza. La microscopia a super risoluzione è un modo per vedere gli oggetti a risoluzioni inferiori al limite di diffrazione, che limita la visione di cose che sono più piccole della lunghezza d'onda della luce diretta su di esse.

La spettroscopia di correlazione è un modo per misurare le particelle fluorescenti mentre fluttuano. Sgranocchiando i dati raccolti tramite una combinazione di microscopia a super risoluzione e spettroscopia di correlazione, i ricercatori hanno mappato sezioni del materiale per vedere dove le particelle cariche tendevano a raggrupparsi.

La tecnica combinata, che chiamano fcsSOFI (per "imaging di fluttuazione ottica con spettroscopia di correlazione di fluorescenza a super-risoluzione"), misura i tag fluorescenti mentre si diffondono nei pori, che consente ai ricercatori di caratterizzare simultaneamente dimensioni e dinamiche all'interno dei pori. Il laboratorio ha testato la sua tecnica sia su idrogel di agarosio morbido che su cristalli liquidi liotropici. Prossimo, hanno in programma di estendere la loro mappatura a spazi tridimensionali.

"Ora abbiamo entrambi i pezzi del nostro puzzle:possiamo vedere le nostre proteine ​​interagire con le cariche all'interno del nostro materiale poroso, e possiamo misurare i pori, "Ha detto Landes. "Questo ha una rilevanza diretta per il problema della separazione delle proteine ​​per l'industria farmaceutica da 100 miliardi di dollari".