Quando un team di ricercatori dell'Università di Cincinnati ha scoperto una nuova nanostruttura che ha mostrato proprietà significativamente più elevate per l'uso nella tecnologia che potrebbe consentire ai medici di vedere e distruggere le cellule cancerose, sapevano di essere su qualcosa di eccitante.

Ma la struttura del nuovo nanotag SERS, come si chiama, era così nuovo che il team, guidato da Laura Sagle, un assistente professore di chimica, con gli studenti laureati UC Debrina Jana, Jie He e Ian Bruzas non riuscivano a capire cosa avesse generato i dati promettenti o come ottimizzarli al meglio.

Entra Zohre Gorunmez.

Il dottorando del quarto anno è accreditato di aver condotto quasi tre anni di calcoli complessi e dettagliati per comprendere meglio il nuovo nanotag. Presenterà i suoi risultati alla conferenza di marzo dell'American Physical Society, dal 14 al 18 marzo a Baltimora.

"Erano calcoli che nessuno nel campus aveva fatto prima, " ha spiegato Sagle, che serve come consigliere di Gorunmez. "Zohre, essenzialmente da sola e senza molta guida e aiuto, ho messo a punto questi calcoli."

La scoperta è arrivata nel 2013 come parte del lavoro del gruppo di ricerca Sagle Lab nello sviluppo di nuovi metodi per studiare ed esaminare singole molecole utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia Raman con superficie potenziata, o SERS.

La tecnica mira alle molecole utilizzando laser, che si traduce in una dispersione della luce a diverse lunghezze d'onda lungo uno spettro. Poiché le molecole producono segnali deboli, nanoparticelle d'oro o d'argento vengono utilizzate per amplificarle, che viene misurato da uno spettrometro per l'analisi.

Il processo è molto delicato e pieno di sfide, comprese le difficoltà di riproducibilità, stabilità del segnale e mancanza di informazioni quantitative.

Il team ha guardato alla ricerca precedente, che ha mostrato un maggiore miglioramento dalle molecole che risiedono all'interno di uno spazio di un nanometro tra una struttura con un nucleo metallico liscio e un guscio. Ma questo gap di un nanometro – 100, 000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano – è spesso difficile e costoso da produrre, con conseguente mancanza di un uso diffuso.

Il team ha anche preso nota di altre ricerche popolari che utilizzano nanostelle d'oro, una particella a forma di carambola che ha consentito un maggiore potenziamento, ma è molto variabile a causa della difficoltà di controllare il numero e la dimensione delle punte appuntite.
ispirato, il team ha deciso di combinare i due concetti e creare una struttura composta da un nucleo metallico interno liscio circondato da un guscio esterno metallico appuntito con una spaziatura di tre nanometri - un approccio mai creato prima, ha detto Sagle.

Il nanotag di nuova creazione ha prodotto un miglioramento del segnale 10 volte maggiore rispetto alle strutture centrali a guscio liscio, che consente di rilevare piccole quantità di molecole organiche, come il DNA, per particolari malattie, lei disse.

Non solo quello, le strutture appuntite sono più efficienti nel generare calore, utile nella distruzione delle cellule cancerose, e offrire una maggiore superficie che può ospitare più farmaci al fine di fornire un'esplosione mirata maggiore alle cellule malate, disse Sagle.

"Questo ti permette di mirare, immagine e rilascio di farmaci con un unico dispositivo, " lei spiegò.

Mentre la scoperta stessa si è rivelata nuova, Sagle sapeva che il promettente nanotag del team doveva essere ulteriormente analizzato, compreso e modellato prima che potesse essere utilizzato in applicazioni biologiche. È qui che è entrato in gioco Gorunmez.

Sotto la guida di Thomas Beck, un professore di chimica, Gorunmez ha imparato il nuovo codice e la programmazione per calcolare i dati complicati. I suoi contributi si sono rivelati preziosi, disse Sagle, guadagnandole un posto come co-primo autore sul documento che descrive in dettaglio la scoperta.

"Con i calcoli di Zohre, era un articolo molto migliore che mostrava che abbiamo fatto qualcosa di nuovo, ha mostrato proprietà migliori e capiamo in una certa misura perché, " lei disse."

Gorunmez ha detto che mentre il lavoro si è rivelato impegnativo, la promessa di ciò che i dati contengono per l'uso nelle applicazioni di biosalute ha alimentato la sua spinta a perseverare.

"È nuovo. Sono sicuro che aiuterà gli scienziati della ricerca medica a utilizzare quelle strutture per ottenere ciò di cui hanno bisogno. Sapere questo mi rende entusiasta, " lei disse.