Una sola célula de nuestro cuerpo está compuesta por miles de millones de biomoléculas diferentes que trabajan juntas de una manera extremadamente bien coordinada. Igualmente, muchas reacciones biológicas y bioquímicas ocurren solo si las moléculas están presentes en concentraciones muy altas. Comprender cómo interactúan todas estas moléculas entre sí es clave para avanzar en nuestro conocimiento en biología molecular y celular.

Este conocimiento es de importancia central y fundamental en la búsqueda de la detección de las primeras etapas de muchas enfermedades humanas. Como tal, Uno de los objetivos finales de las ciencias biológicas y la biotecnología es observar cómo las moléculas individuales funcionan e interactúan entre sí en estos entornos tan abarrotados. Desafortunadamente, detectar una molécula entre millones de moléculas vecinas ha sido técnicamente imposible hasta ahora. La clave para detectar con éxito una sola molécula radica en la concepción y producción de un dispositivo de trabajo que encoja la región de observación a un tamaño diminuto que sea comparable al tamaño de la molécula en sí. es decir, solo unos pocos nanómetros.

Investigadores del Instituto Fresnel de Marsella e ICFO-Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona informan en Nanotecnología de la naturaleza el diseño y fabricación del dispositivo óptico más pequeño, capaz de detectar y detectar biomoléculas individuales en concentraciones similares a las que se encuentran en el contexto celular. El dispositivo llamado "antena en una caja" consiste en una pequeña antena de dímero hecha de dos semiesferas de oro, separados entre sí por un espacio tan pequeño como 15 nm. La luz enviada a esta antena se amplifica enormemente en la región del espacio donde se produce la detección real de la biomolécula de interés. Debido a que la amplificación de la luz se limita a las dimensiones del espacio, solo se detectan moléculas presentes en esta pequeña región. Un segundo truco que utilizaron los investigadores para hacer funcionar este dispositivo fue incrustar las antenas de dímero dentro de cajas también de dimensiones nanométricas. "La caja filtra el" ruido "no deseado de millones de otras moléculas circundantes, reduciendo el fondo y mejorando en su conjunto la detección de biomoléculas individuales. ", explica Jerome Wenger del Instituto Fresnel. Cuando se prueba con diferentes concentraciones de muestra, este nuevo dispositivo de antena en caja permitió una mejora del brillo de fluorescencia de 1100 veces junto con volúmenes de detección de hasta 58 zeptolitros (1 zL =10-21L), es decir., el volumen de observación más pequeño del mundo.

La antena en caja ofrece una plataforma altamente eficiente para realizar una multitud de evaluaciones bioquímicas a nanoescala con sensibilidad de una sola molécula en condiciones fisiológicas. Podría usarse para la detección ultrasensible de cantidades diminutas de moléculas, convirtiéndose en un excelente dispositivo de diagnóstico temprano para la biodetección de muchos marcadores de enfermedades. "También se puede utilizar como una nanofuente óptica ultrabrillante para iluminar los procesos moleculares en las células vivas y, en última instancia, visualizar cómo interactúan las biomoléculas individuales entre sí. Esto nos acerca al sueño largamente esperado de los biólogos", concluye la profesora María García-Parajo, investigadora del ICFO.