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Un artículo publicado en la revista Scientific Reports demostró la capacidad de la tomografía con sonda atómica para detectar precipitados en miel congelada con resolución espacial a nanoescala.
Estudio: Análisis a nanoescala de miel congelada mediante tomografía con sonda atómica. Crédito: mil millones de fotos/Shutterstock.com
La aplicación de esta técnica a muestras biológicas congeladas puede tener un gran impacto en la investigación de estructuras biomoleculares.
Estado actual de la tomografía con sonda atómica
La tomografía de sonda atómica es una tecnología de mapeo de composición tridimensional que utiliza una resolución espacial subnanométrica para estudiar la composición química de los materiales.
La tomografía con sonda atómica ayuda a determinar cómo la disposición de ciertos componentes afecta las propiedades de un material.
Históricamente, la tomografía con sonda atómica se limitaba a materiales metálicos y cerámicos. Un tema emergente en la tomografía con sonda atómica es obtener un mejor conocimiento del comportamiento de fragmentación y evaporación de los materiales blandos.
Los metales y los semiconductores se vaporizan de manera muy diferente a los materiales orgánicos. Dependiendo de las condiciones de medición, el material orgánico se evapora en trozos más grandes o incluso como moléculas enteras en lugar de átomos individuales.
La superposición de picos de masa resultante de este comportamiento de evaporación dificulta el proceso de identificación de picos e introduce incertidumbre en la identificación de picos. Además, también limita la resolución espacial.
Sin embargo, la medición de fragmentos moleculares más grandes permite la identificación de componentes estructurales de moléculas biológicas más grandes.
En su entorno natural, muchos materiales biológicos aún no se han estudiado mediante tomografía con sonda atómica. Esto significa que pueden ocurrir cambios en la composición tridimensional de la estructura original.
Comprender la estructura de la miel.
La miel natural es una solución sobresaturada compuesta por varios azúcares simples y superiores disueltos en agua. Es posible realizar estudios a nanoescala en miel natural.
La miel es una sustancia orgánica elaborada por las abejas melíferas a partir de secreciones de plantas, néctar de plantas o descargas de insectos chupadores de plantas.
El néctar se transforma con la ayuda de enzimas, convirtiendo los azúcares más grandes, especialmente la sacarosa, en azúcares simples como la fructosa y la glucosa, y la evaporación parcial del agua presente.
La miel contiene azúcares simples como fructosa y glucosa, azúcares dobles como maltosa y sacarosa, enzimas, azúcares superiores, ácidos y agua.
La composición de la miel varía según el origen geográfico y botánico, la especie de abeja, las condiciones climáticas, el procesamiento y el almacenamiento. La miel es naturalmente higroscópica y puede absorber la humedad de su entorno.
La glucosa es menos soluble en agua en comparación con la fructosa y, por lo tanto, tiene una precipitación y cristalización más rápida. La proporción de glucosa a fructosa puede predecir la tendencia de la miel a cristalizarse, y una proporción mayor conduce a una cristalización más rápida.
Metodología de investigación
En este artículo, el equipo usó miel orgánica para mostrar cómo la tomografía de sonda atómica podría usarse para cuantificar precipitados a nanoescala en miel natural congelada.
El equipo determinó los picos estequiométricos correctos e identificó el contenido de agua utilizando diferentes métodos de interpretación, a pesar de las señales de masa superpuestas de los fragmentos moleculares dominantes CXOjHp.ej y CXHj en azúcar y (H2O)norteH+ de agua.
Finalmente, los investigadores estudiaron la resolución espacial de la tomografía con sonda atómica utilizando miel congelada para sentar el precedente en la detección de moléculas orgánicas en una solución en tres dimensiones con precisión a nanoescala.
Conclusiones clave del estudio
El equipo demostró que la tomografía con sonda atómica puede proporcionar una evaluación estructural a nanoescala de muestras de materia blanda congelada.
Se realizó una comparación de los espectros de masas de la miel con los del agua pura, masa de glucosa y solución saturada de glucosa.
Los espectros de masas de la miel fueron más comparables a los de la glucosa en masa que los espectros de masas de la solución de glucosa saturada. La razón de esto fue la concentración de azúcar extremadamente alta, que se reflejaba macroscópicamente en la alta viscosidad y parecía un sólido en lugar de un líquido.
Las dos fases distintas de la miel natural se distinguieron y localizaron utilizando áreas de isocomposición junto con un perfil de composición basado en sus diferentes contenidos de azúcar.
Se podría utilizar un análisis del vecino más cercano y una técnica de búsqueda de conglomerados para verificar las dos fases distintas de la miel. En promedio, la concentración de azúcar en la fase cristalina fue de 77,45 ± 1,24% (CXOjHp.ej), mientras que para el contenido de agua se observaron 23,15 ± picos relacionados con el agua.
Se encontró que el tamaño del grupo en la región de interés era de 4,36 a 15,78 nanómetros (nm). El volumen de los grupos respectivos osciló entre 12 y 567 nm.3.
Este estudio demostró un enfoque novedoso de análisis y localización de nanoestructuras orgánicas en líquidos congelados.
Relación
Schwarz TM, Ott J, Solodenko H, Schmitz G y Stender P (2022). Análisis a nanoescala de miel congelada mediante tomografía con sonda atómica. Informes científicos, 12. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41598-022-22717-9
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