Las nanoestructuras llamadas BRILLANTES buscan biomarcadores en las células y luego emiten rayos brillantes para revelar sus ubicaciones. En el pequeño espacio entre la piel dorada y el núcleo dorado del BRILLANTE escindido (visible en la parte superior izquierda), hay un punto caliente electromagnético que ilumina las moléculas informadoras atrapadas allí. Crédito:Naveen Gandra
(Phys.org) —Llamado BRIGHTs, las pequeñas sondas descritas en la edición en línea de Materiales avanzados el 15 de noviembre, se unen a biomarcadores de enfermedades y cuando es barrido por un láser infrarrojo, se encienden para revelar su ubicación.
Diminutos como son, las sondas son objetos exquisitamente diseñados:nanopartículas de oro cubiertas con moléculas llamadas reporteros Raman, a su vez cubierto por una fina capa de oro que forma espontáneamente un dodecaedro.
Los reporteros Raman son moléculas cuyos átomos temblorosos responden a una sonda láser mediante la dispersión de luz en longitudes de onda características.
El caparazón y el núcleo crean un punto de acceso electromagnético en el espacio entre ellos que aumenta la emisión de los reporteros en un factor de casi un billón.
Los BRILLANTES brillan alrededor de 1,7 x 10 11 más brillante que los reporteros Raman aislados y aproximadamente 20 veces más intensamente que la siguiente sonda competidora más cercana, dice Srikanth Singamaneni, Doctor, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis.
Eligiendo la señal de los reporteros de Raman
Singamaneni y su investigador asociado postdoctoral Naveen Gandra, Doctor, Probé varios diseños de sondas diferentes antes de decidirse por BRIGHTS.
El laboratorio de Singamaneni ha trabajado durante años con espectroscopía Raman, una técnica espectroscópica que se utiliza para estudiar los modos vibracionales (flexión y estiramiento) de moléculas. La luz láser interactúa con estos modos y la molécula luego emite luz en longitudes de onda más altas o más bajas que son características de la molécula.
Dispersión Raman espontánea, como se llama este fenómeno, es por naturaleza muy débil, pero hace 30 años, los científicos tropezaron accidentalmente con el hecho de que es mucho más fuerte si las moléculas se adsorben en superficies metálicas rugosas. Luego descubrieron que las moléculas adheridas a nanopartículas metálicas brillan aún más que las adheridas a superficies rugosas.
El aumento de intensidad de la dispersión Raman mejorada en la superficie, o SERS, es potencialmente enorme. "Es bien sabido que si colocas a los reporteros Raman entre dos materiales plasmónicos, como el oro o la plata, verá una mejora espectacular de Raman, "Dice Singamaneni.
Originalmente, su equipo trató de crear puntos calientes electromagnéticos intensos pegando partículas más pequeñas en una partícula central más grande, creando ensamblajes de núcleo-satélite que parecen margaritas.
"Pero nos dimos cuenta de que estos conjuntos no son ideales para la bioimagen, " él dice, "porque las partículas se mantenían unidas por interacciones electrostáticas débiles y los conjuntos se iban a deshacer en el cuerpo".
A continuación, intentaron usar algo llamado química Click para crear enlaces covalentes más fuertes entre los satélites y el núcleo.
"Tuvimos cierto éxito con esas asambleas, "Singamaneni dice, "pero mientras tanto empezamos a preguntarnos si no podríamos crear un punto caliente electromagnético dentro de una sola nanopartícula en lugar de entre partículas.
"Se nos ocurrió que si colocamos a los reporteros Raman entre el núcleo y el caparazón de una sola partícula, podríamos crear un punto de acceso interno".
Esa idea funcionó a las mil maravillas.
¿Un arco iris de sondas que dispensan medicamentos con cuidado?
El siguiente paso, dice Singamaneni, es probar BRIGHTS in vivo en el laboratorio de Sam Achilefu, Doctor, profesor de radiología en la Facultad de Medicina.
Pero ya está pensando en formas de sacarle aún más provecho al diseño.
Dado que diferentes moléculas informadoras Raman responden a diferentes longitudes de onda, Singamaneni dice:Debería ser posible diseñar BRIGHTS dirigidos a diferentes biomoléculas que también tengan diferentes reporteros Raman y luego monitorearlos todos simultáneamente con la misma sonda de luz.
Y a él y a Gandra les gustaría combinar BRIGHTS con algún tipo de contenedor de drogas, para que los recipientes puedan rastrearse en el cuerpo y el fármaco y liberarse solo cuando llegue al tejido objetivo, evitando así muchos de los efectos secundarios que los pacientes temen.
Cosas buenas, como ellos dicen, vienen en paquetes pequeños.
