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(noticias nanowerk) Un equipo de investigación internacional dirigido por el físico cuántico Markus Arndt (Universidad de Viena) ha logrado un gran avance en la detección de iones de proteínas: gracias a su alta sensibilidad energética, los detectores de nanocables superconductores alcanzan una eficiencia cuántica de casi el 100% y superan la eficiencia de detección. de los detectores de iones convencionales a bajas energías en un factor de hasta 1.000.
A diferencia de los detectores convencionales, también pueden distinguir macromoléculas en función de su energía de impacto. Esto permite una detección más sensible de proteínas y proporciona información adicional en espectrometría de masas.
Las tesis centrales
Avance en la detección de iones de proteínas mediante detectores de nanocables superconductores, superando significativamente a los métodos convencionales.
Los nuevos detectores alcanzan una eficiencia cuántica de casi el 100%, lo que aumenta significativamente la sensibilidad, especialmente a bajas energías.
Capacidad para distinguir macromoléculas en función de la energía del impacto, lo que proporciona conocimientos adicionales en espectrometría de masas.
El estado superconductor de los nanocables permite un flujo de corriente sin pérdidas y una detección sensible, revolucionando el análisis de macromoléculas.
Potencial para una aplicación más amplia en ciencias biológicas con capacidades de detección y resolución espacial mejoradas.
Investigación
Los resultados de este estudio fueron publicados recientemente en la revista Avances científicos (“Detección altamente sensible de una sola molécula de haces de iones de macromoléculas”).
La detección, identificación y análisis de macromoléculas es de interés en muchas áreas de las ciencias biológicas, incluida la investigación, el diagnóstico y el análisis de proteínas. La espectrometría de masas se utiliza a menudo como sistema de detección: un método que normalmente separa partículas cargadas (iones) según su relación masa-carga y mide la intensidad de las señales generadas por un detector. Esto proporciona información sobre la abundancia relativa de los diferentes tipos de iones y, por tanto, sobre la composición de la muestra.
Sin embargo, los detectores convencionales sólo podían lograr una alta eficiencia de detección y resolución espacial para partículas con alta energía de impacto, una limitación que un equipo internacional de investigadores ha podido superar utilizando detectores de nanocables superconductores.
Fuerzas conjuntas para partículas de baja energía.
En el estudio actual, un consorcio europeo coordinado por la Universidad de Viena con socios en Delft (Single Quantum), Lausana (EPFL), Almere (MSVision) y Basilea (Universidad) demuestra por primera vez el uso de nanocables superconductores como excelentes detectores. para haces de proteínas en el llamado cuadrupolo: espectrometría de masas. Los iones de la muestra a analizar se introducen en un espectrómetro de masas cuadrupolo y allí se filtran.
«Si ahora utilizamos nanocables superconductores en lugar de detectores convencionales, podremos incluso identificar partículas que impacten en el detector con baja energía cinética», explica el líder del proyecto Markus Arndt, del grupo de Nanofísica Cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Viena. Esto es posible gracias a una propiedad especial del material (superconductividad) de los detectores de nanocables.
Llegar allí con superconductividad
La clave de este método de detección es que los nanocables entran en un estado superconductor a temperaturas muy bajas, en el que pierden su resistencia eléctrica y permiten un flujo de corriente sin pérdidas. La excitación de los nanocables superconductores por los iones entrantes conduce a un retorno al estado de conducción normal (transición cuántica). El cambio en las propiedades eléctricas de los nanocables durante esta transición se interpreta como una señal de detección.
«Con los detectores de nanocables que utilizamos», dice el primer autor Marcel Strauß, «explotamos la transición cuántica del estado superconductor al estado normalmente conductor y, por lo tanto, podemos superar a los detectores de iones convencionales en hasta tres órdenes de magnitud».
De hecho, los detectores de nanocables presentan un rendimiento cuántico notable con energías de impacto excepcionalmente bajas, lo que redefine las capacidades de los detectores convencionales: «Además, un espectrómetro de masas equipado con un sensor cuántico de este tipo no sólo puede distinguir moléculas basándose en su estado de carga de masa, sino también .» Clasifiquémoslos también según su energía cinética. Esto mejora la detección y ofrece la posibilidad de una mejor resolución espacial”, afirma Marcel Strauß.
Los detectores de nanocables pueden encontrar nuevas aplicaciones en espectrometría de masas, espectroscopia molecular, deflectometría molecular o interferometría cuántica de moléculas, donde se requiere alta eficiencia y buena resolución, especialmente con energía de bajo impacto.
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