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(noticias nanowerk) Los investigadores han desarrollado una nueva técnica para observar el comportamiento de moléculas individuales en tiempo real.
Las tesis centrales
Investigación
El método se describe en un artículo publicado en la Revista de letras de química física (“ARTÍCULO”) aprovecha las propiedades únicas de las nanobarras de oro para crear pequeños espacios en los que las moléculas individuales pueden quedar “atrapadas”. El seguimiento de las moléculas capturadas mediante una técnica de imágenes llamada espectroscopia Raman dinámica de superficie mejorada (D-SERS) permite a los investigadores rastrear las orientaciones aleatorias de una molécula en un espacio confinado.
Aunque muchas técnicas pueden detectar moléculas individuales, el seguimiento continuo sigue siendo un desafío. Desarrollada por químicos de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei en China, la plataforma de nanovarillas de oro proporciona la sensibilidad y estabilidad necesarias para observaciones más largas.
Las nanobarras de oro son herramientas valiosas en la química y la investigación biomédica debido a sus fuertes propiedades de absorción y dispersión de la luz. Los investigadores chinos descubrieron que al alternar pulsos láser de alta y baja intensidad, podían hacer que las nanobarras se contrajeran en grupos con espacios a nanoescala en el medio.
Estos pequeños espacios sirven esencialmente como jaulas, aislando moléculas invitadas individuales mientras amplifican las señales espectroscópicas. «Utilizando D-SERS, hemos construido un espacio de punto de acceso muy ampliado de ~1,0 nm para la observación sostenida a largo plazo de moléculas individuales», dijo el investigador principal, el Dr. Liangbao Yang.
Para demostrar el enfoque, los investigadores atraparon moléculas de tinte violeta cristal en los huecos. Aunque las concentraciones de cristal violeta estaban extremadamente diluidas (solo una molécula por punto láser), la firma espectroscópica permaneció lo suficientemente fuerte como para ser monitoreada continuamente durante hasta cuatro minutos.
Los espectros mostraron el patrón de parpadeo revelador que revela el reconocimiento de moléculas individuales. Mediante mediciones rápidas, los investigadores pudieron ver cómo la molécula gira en diferentes orientaciones en un espacio pequeño. Al comparar datos experimentales con simulaciones por computadora, descubrieron que las posturas más estables mantienen la molécula relativamente plana, entre 50 y 90 grados con respecto a la superficie del oro.
Esta preferencia de orientación probablemente se deba a las brechas extremadamente estrechas creadas por la tecnología. Los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre el comportamiento de las moléculas en nanoambientes restrictivos.
Mientras que los métodos anteriores pueden mantener una molécula en una posición durante un corto tiempo, la plataforma de nanovarillas de oro permite la observación durante períodos de tiempo significativamente más largos. La encapsulación permanente protege las moléculas frágiles de las influencias ambientales.
Coautor Dr. Hyun-Hang Shin explicó la importancia: «Estas ventajas se pueden utilizar para investigar más a fondo los mecanismos fundamentales de SERS y los mecanismos de reacciones químicas a nivel de una sola molécula, independientemente de las especies químicas del reactivo».
Los investigadores sugieren que su técnica podría adaptarse para incorporar capacidades SERS ultrarrápidas que funcionen en el rango de femtosegundos. Al cambiar a mediciones de mayor velocidad, se pueden notar sutiles fluctuaciones moleculares.
El estudio demuestra un monitoreo sensible en tiempo real de una biomolécula aislada sin modificación química ni ataduras. El enfoque de captura pasiva podría proporcionar información sobre procesos a nivel atómico relevantes para la química, la biofísica y la ciencia de materiales. Las trampas ópticas que confinan pero no manipulan activamente moléculas individuales permitirán a los investigadores seguir las reacciones tal como ocurren de forma natural.
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