Los ingenieros de la Universidad Estatal de Ohio han inventado un nuevo tipo de nanopartícula que brilla en diferentes colores para etiquetar moléculas en pruebas biomédicas.

Estas diminutas nanopartículas de plástico están llenas de piezas electrónicas aún más pequeñas llamadas puntos cuánticos. Como pequeños semáforos las partículas brillan intensamente en rojo, amarillo, o verde, para que los investigadores puedan rastrear moléculas fácilmente con un microscopio.

Esta es la primera vez que alguien crea nanopartículas fluorescentes que pueden cambiar de color continuamente.

Jessica Winter, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular e ingeniería biomédica, y el científico investigador Gang Ruan describen su tecnología pendiente de patente en la edición en línea de la revista. Nano letras .

Los investigadores etiquetan de forma rutinaria moléculas con materiales fluorescentes para verlas bajo el microscopio. A diferencia de las moléculas fluorescentes más comunes, los puntos cuánticos brillan muy intensamente, y podría iluminar especialmente bien las reacciones químicas, permitiendo a los investigadores ver el funcionamiento interno de las células vivas.

Un cuello de botella para combatir enfermedades importantes como el cáncer es la falta de comprensión a nivel molecular o celular de los procesos biológicos. explicaron los ingenieros.

"Estas nuevas nanopartículas podrían ser una gran adición al arsenal de ingenieros biomédicos que están tratando de encontrar las raíces de las enfermedades, "Dijo Ruan.

"Podemos adaptar estas partículas para etiquetar moléculas particulares, y utilizar los colores para realizar un seguimiento de los procesos que de otro modo no podríamos hacer, "continuó." Además, este trabajo podría ser pionero para el campo de la nanotecnología en su conjunto, porque resuelve dos problemas aparentemente irreconciliables con el uso de puntos cuánticos ".

Los puntos cuánticos son piezas de semiconductor que miden solo unos pocos nanómetros, o mil millonésimas de metro, a través de. No son visibles a simple vista, pero cuando la luz los ilumina, absorben energía y comienzan a brillar. Eso es lo que las convierte en buenas etiquetas para moléculas.

Debido a los efectos de la mecánica cuántica, los puntos cuánticos "centellean":se encienden y apagan en momentos aleatorios. Cuando se juntan muchos puntos, sin embargo, su parpadeo aleatorio es menos perceptible. Entonces, grandes grupos de puntos cuánticos parecen brillar con una luz constante.

Parpadear ha sido un problema para los investigadores, porque rompe la trayectoria de una partícula en movimiento o una molécula etiquetada que están tratando de seguir. Todavía, parpadear también es beneficioso, porque cuando los puntos se juntan y el parpadeo desaparece, los investigadores saben con certeza que las moléculas marcadas se han agregado.

"Parpadear es bueno y malo, "Ruan explicó." Pero un día nos dimos cuenta de que podíamos usar lo 'bueno' y evitar lo 'malo' al mismo tiempo, agrupando unos pocos puntos cuánticos de diferentes colores juntos dentro de una micela ".

Una micela es un recipiente esférico de tamaño nanométrico, y mientras que las micelas son útiles para experimentos de laboratorio, se encuentran fácilmente en los detergentes domésticos:el jabón forma micelas que capturan los aceites en el agua. Ruan creó micelas usando polímeros, con diferentes combinaciones de puntos cuánticos rojos y verdes en su interior.

En pruebas, confirmó que las micelas parecían brillar de manera constante. Aquellos rellenos con solo puntos cuánticos rojos brillaban en rojo, y los rellenos de verde resplandecían de verde. Pero los que rellenó con puntos rojos y verdes alternaron del rojo al verde y al amarillo.

El cambio de color ocurre cuando uno u otro punto parpadea dentro de la micela. Cuando un punto rojo se apaga y el verde se enciende, la micela se ilumina en verde. Cuando el verde se apaga y el rojo se enciende, la micela se ilumina en rojo. Si ambos están iluminados, la micela se ilumina en amarillo.

El color amarillo se debe a la percepción de la luz de nuestros ojos. El proceso es el mismo que cuando un píxel rojo y un píxel verde aparecen juntos en una pantalla de televisión o computadora:nuestros ojos ven amarillo.

Nadie puede controlar cuándo ocurren los cambios de color dentro de las micelas individuales. Pero debido a que las partículas brillan continuamente, los investigadores pueden usarlos para rastrear moléculas etiquetadas de forma continua. También pueden monitorear los cambios de color para detectar cuándo se unen las moléculas.

Winter y Ruan dijeron que las partículas también podrían usarse en la investigación de la mecánica de fluidos, específicamente, microfluidos. Los investigadores que están desarrollando pequeños dispositivos médicos con canales de separación de fluidos podrían usar puntos cuánticos para seguir el camino del fluido.

El mismo equipo de investigación del estado de Ohio también está desarrollando partículas magnéticas para mejorar las imágenes médicas del cáncer, y puede ser posible combinar el magnetismo con la tecnología de puntos cuánticos para diferentes tipos de imágenes. Pero antes de que las partículas sean seguras de usar en el cuerpo, tendrían que estar hechos de materiales biocompatibles. Los nanomateriales a base de carbono son una opción posible.

Mientras tanto, Winter y Ruan continuarán desarrollando las partículas de puntos cuánticos que cambian de color para estudios de células y moléculas bajo el microscopio. También explorarán qué sucede cuando los puntos cuánticos de otro color, por ejemplo, azul - se agregan a la mezcla.