Gli scienziati dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno sviluppato un dispositivo basato sulla luce che può fungere da biosensore, rilevamento di sostanze biologiche nei materiali; Per esempio, patogeni nocivi nei campioni di cibo.

Gli attuali biosensori standard del settore hanno sensibilità e precisione limitate. Possono solo rilevare gli effetti cumulativi di gruppi di particelle, piuttosto che singole molecole.

Ma lo strumento sviluppato dal team è 280 volte più sensibile.

In collaborazione con ricercatori dell'Università del Wisconsin, NOI., i ricercatori dell'Unità Interazioni luce-materia dell'OIST per le tecnologie quantistiche hanno utilizzato questo strumento, un tipo di risonatore ottico, per creare ad alta risoluzione, immagini in tempo reale di singole nanoparticelle. I loro risultati sono pubblicati in ACS Nano .

Chimica su scala nanometrica

Negli ultimi anni, gli scienziati dell'OIST hanno sperimentato risonatori a microbolle, un tipo di microrisonatore che consiste in un guscio di vetro cavo attaccato a un lungo, capillare di vetro sottile. I ricercatori riempiono un risonatore di microbolle con acqua. Quindi, quando vi illuminano con raggi di luce, onde luminose circolano rapidamente attraverso l'acqua, permettendo agli scienziati di studiare le proprietà fisiche e chimiche delle particelle sulla superficie del risonatore.

Per il presente studio, i ricercatori in collaborazione dell'Università del Wisconsin hanno rivestito l'interno della sfera di vetro del risonatore di microbolle con nanotubi d'oro.

Gli scienziati hanno puntato un raggio laser per riscaldare i nanotubi, poi osservato come la forma, orientamento, e la chimica superficiale delle nanobarre è cambiata quando sono state esposte a determinate sostanze chimiche e campi luminosi.

Quando le nanoparticelle hanno assorbito la luce che le ha colpite, si sono scaldati. Questi aumenti di temperatura hanno causato cambiamenti nelle frequenze luminose emesse dal risonatore, consentendo agli scienziati di misurare e visualizzare i cambiamenti nella temperatura delle nanoparticelle a una risoluzione incredibilmente alta.

Essenzialmente, il risonatore divenne un tipo di termometro incredibilmente sensibile, hanno detto i ricercatori.

Il prossimo passo degli scienziati è applicare questa tecnica di rilevamento fototermico alle proteine, piuttosto che nanoparticelle, rivestendo l'interno del risonatore con proteine ​​invece che con nanotubi d'oro. I ricercatori sperano che i cambiamenti nella forma delle proteine ​​cambino le proprietà ottiche e termiche delle proteine, consentendo loro di studiare ulteriormente gli eventi molecolari sulla superficie del risonatore.

Inoltre, il metodo può essere utile per rilevare minuscoli virus o singoli filamenti di DNA.

"Normalmente, se vuoi ottenere immagini ad alta risoluzione di minuscole proteine, avresti bisogno di un microscopio elettronico, che danneggerebbe la proteina, " ha detto il dottor Jonathan Ward, coautore dello studio. "Il potenziale qui per la commercializzazione è enorme, benché, ci sono ancora molte sfide tecniche da superare".