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    La luz cuántica mejora la sensibilidad de las mediciones biológicas

    Un grupo multidisciplinario de investigadores ha demostrado que la luz cuántica controlada se puede utilizar para realizar mediciones precisas en tiempo real sin interrumpir la actividad enzimática. Crédito:Simonetta Pieroni

    En un nuevo estudio, Los investigadores demostraron que la luz cuántica se puede utilizar para rastrear reacciones enzimáticas en tiempo real. El trabajo reúne la física cuántica y la biología en un paso importante hacia el desarrollo de sensores cuánticos para aplicaciones biomédicas.

    Las moléculas complejas conocidas como enzimas son responsables de muchos procesos dentro de nuestro cuerpo. Sin embargo, pueden ser difíciles de estudiar con enfoques ópticos porque demasiada luz reducirá su actividad o incluso la detendrá por completo.

    En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , un grupo multidisciplinario de investigadores demostró que la luz controlada en el fotón único, o cuántica, El nivel puede permitir mediciones precisas sin interrumpir la actividad enzimática.

    "Aunque pueden pasar algunos años antes de que se logren los sensores cuánticos prácticos, este tipo de experimento de prueba de principio es importante, ", dijo la líder del equipo de investigación Ilaria Gianani de la Università degli Studi Roma Tre en Italia." Ayuda a identificar las áreas en las que podemos comenzar a construir conocimiento compartido con otros campos y revela dónde se necesita el avance tecnológico para progresar ".

    Control de fotón único

    Al investigar biomoléculas, es importante evitar el uso de niveles de luz que puedan alterar sus propiedades o comportamiento. Lograr esto puede ser un desafío porque los niveles bajos de luz pueden no proporcionar mucha información y el ruido puede superar fácilmente la señal débil. Hoy dia, Las enzimas se estudian con mediciones realizadas en ensayos recolectados de la muestra principal para evitar dañar la muestra con la luz. Este procedimiento no solo lleva tiempo, sino que también evita la observación directa de las enzimas en tiempo real.

    Los investigadores superaron este problema mediante el desarrollo de una configuración que les permitió controlar la luz con extrema precisión, al nivel de un solo fotón. Esto hizo posible utilizar una iluminación baja sin interrumpir las enzimas, con el potencial de lograr una mejor sensibilidad. La capacidad de abordar la muestra directamente también permitió un seguimiento dinámico con mayor resolución.

    "La clave de nuestro éxito fue una colaboración entre físicos cuánticos, que saben cómo lidiar con los fotones, y biólogos, que saben cómo lidiar con los sistemas biológicos ", dijo Gianani." Aunque fue difícil intercambiar ideas al principio, el equipo finalmente creció junto y desarrolló un lenguaje compartido que ayudó a que el trabajo progresara sin problemas. Esta colaboración no hubiera sido posible sin la supervisión del Prof. M. Barbieri, investigador principal del Grupo de Óptica Cuántica ".

    Seguimiento de la actividad enzimática

    Los investigadores utilizaron su nueva técnica para rastrear los cambios en la quiralidad de una solución de sacarosa debido a la actividad de una enzima conocida como invertasa. El seguimiento de la quiralidad (la capacidad de una molécula determinada para rotar la polarización de la luz) proporciona información que puede usarse para determinar cuántas moléculas de sacarosa han sido procesadas por las enzimas. Los experimentos demostraron que la luz cuántica se puede utilizar para sondear las actividades enzimáticas en tiempo real sin perturbar la muestra.

    "Este trabajo es solo un ejemplo de lo que podrían hacer los sensores cuánticos, ", dijo Gianani." Los sensores cuánticos podrían usarse para utilizar la luz de manera óptima para innumerables aplicaciones, incluyendo imágenes biológicas, detección de campos magnéticos e incluso detección de ondas gravitacionales ".

    Los investigadores dicen que hay algunos aspectos tecnológicos que abordar antes de que su enfoque se convierta en un método de referencia para rastrear reacciones enzimáticas. Por ejemplo, las pérdidas de luz son un fuerte factor limitante, pero esperan que su trabajo ayude a impulsar el desarrollo de tecnología que pueda abordar este problema.

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