¿Cómo visualiza las fuerzas extremadamente pequeñas conectadas a procesos como el crecimiento y desarrollo embrionario? Los investigadores de Wageningen han experimentado con una combinación de tecnología láser y química, idear un sensor que consta de una sola molécula que es unos cientos de veces más preciso que los dispositivos existentes utilizados para medir nano-fuerzas a nivel molecular. Los investigadores describen sus hallazgos en la edición del 18 de enero de la revista científica. Chem .

Las fuerzas experimentadas por las moléculas en las células, sino también en todos los materiales que nos rodean, son tan pequeños que incluso los dispositivos de medición existentes más precisos apenas pueden detectar si se trata de una fuerza. "Hasta ahora, todo era blanco o negro, o había una fuerza o no la había; los métodos existentes no podían determinar nada intermedio, "dice Joris Sprakel, líder del grupo de investigación en Sprakel Lab y del Grupo de Química Física y Materia Blanda de la Universidad e Investigación de Wageningen. "Con un equipo de tres investigadores jóvenes y un estudiante avanzado, hemos reunido varias áreas de experiencia. Y se nos ocurrió la idea de que tenía que ser teóricamente posible detectar las fuerzas a nivel molecular utilizando la propia molécula como nano dispositivo de medición. Ya no medimos blanco o negro, sino 'cincuenta tonos de gris' por así decirlo ".

Expresado en términos técnicos, detectar la fuerza de una molécula tiene una resolución de 100 femtonewtons. Como una fuerza esto se escribe como 0.0000000000001 newton (1 newton se siente como alrededor de 100 gramos). "Pero una molécula también es increíblemente pequeña, alrededor de un nanómetro, o una millonésima de milímetro, ", dice Joris Sprakel." Esta fuerza de cien femtonewtons que presiona una molécula de un nanómetro se puede comparar con la fuerza de un grano de arena en el hombro de una persona. Y podemos medir fuerzas tan pequeñas con relaciones mil millones de veces más pequeñas ".

Usando el nuevo método de medición, los investigadores obtuvieron más información sobre las fuerzas que están activas a nivel molecular en las células vivas de las plantas, animales y humanos. "Por ejemplo, en el desarrollo embrionario de las células vegetales, sabemos que unas fuerzas minúsculas determinan cuándo se divide una célula y en qué dirección. Entonces, en última instancia, estos estímulos mecánicos determinan cómo se desarrolla el embrión de la planta, pero hasta ahora no era posible medir esto, "dice Sprakel." Anteriormente, no teníamos acceso directo a los fenómenos físicos a esta escala, y si no puedes verlo es casi imposible entender cómo funciona. Si comprende el papel de las nano-fuerzas en los procesos biológicos, a largo plazo, puede ser posible prevenir ciertas enfermedades debido a errores en estas fuerzas celulares. Pero esto todavía es algo para el futuro; ahora hemos demostrado cómo podemos medir este tipo de fuerzas "inconmensurables". En mi equipo actualmente estamos trabajando en la aplicación de este enfoque a los procesos celulares ".

Molécula como dispositivo de medición

Según Joris Sprakel, tomando este tipo de sensibles, No es posible realizar mediciones a pequeña escala utilizando un dispositivo de medición grande en una celda. Por lo tanto, los investigadores crearon moléculas que actúan como dispositivos de medición. Cada uno de los sensores moleculares fabricados por el equipo funciona como un nanómetro de fuerza. Para medir la molécula y determinar la fuerza, los investigadores hacen brillar un láser sobre una molécula. Esta molécula devuelve la luz en un tono diferente, permitiendo al equipo de investigación determinar la cantidad de fuerza. Crucialmente, por lo tanto, el método no solo consiste en una nueva molécula o un nuevo instrumento, sino de una combinación de los dos.

"Necesitábamos un equipo interdisciplinario sólido para esto, ", dice Sprakel." Este avance se logró mediante la combinación única de cuatro jóvenes investigadores en mi equipo, cada uno con su propia área de especialización. Significó que finalmente pudimos realizar este sueño tan anhelado ".