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 iones convencionales. detectores de baja energía en un factor de hasta 1.000.
A diferencia de los detectores convencionales, también pueden distinguir macromoléculas por su energía de impacto. Esto permite una detección más sensible de proteínas y proporciona información adicional en espectrometría de masas. Los resultados de este estudio fueron publicados recientemente en la revista Science Advances. .
La detección, identificación y análisis de macromoléculas es interesante 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 la composición de la muestra.
Sin embargo, los detectores convencionales sólo han podido lograr una alta eficiencia de detección y resolución espacial para partículas con energía de alto impacto, una limitación que ahora ha sido superada por un equipo internacional de investigadores que utilizan detectores de nanocables superconductores.
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 de haces de proteínas en la llamada espectrometría de masas de cuadrupolo. Los iones de la muestra a analizar se introducen en un espectrómetro de masas cuadrupolo donde se filtran.
"Si ahora utilizamos nanocables superconductores en lugar de detectores convencionales, podemos incluso identificar partículas que inciden 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.
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 el flujo de corriente sin pérdidas. La excitación de los nanocables superconductores por los iones entrantes provoca 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", afirma el primer autor Marcel Strauß, "explotamos la transición cuántica del estado superconductor al estado conductor normal y, por lo tanto, podemos superar a los detectores de iones convencionales en hasta tres órdenes de magnitud".
De hecho, los detectores de nanocables tienen un rendimiento cuántico notable con energías de impacto excepcionalmente bajas y redefinen las posibilidades de los detectores convencionales:"Además, un espectrómetro de masas adaptado con un sensor cuántico de este tipo no sólo puede distinguir moléculas según su masa hasta el estado de carga, sino también También los clasificamos según su energía cinética. Esto mejora la detección y ofrece la posibilidad de tener una mejor resolución espacial", dice 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.
Más información: Marcel Strauß et al, Detección altamente sensible de una sola molécula de haces de iones de macromoléculas, Avances científicos (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj2801
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad de Viena
