(Phys.org) —En reacciones químicas, la izquierda y la derecha pueden marcar una gran diferencia. Una molécula "para zurdos" de una composición química particular podría ser un fármaco eficaz, mientras que su contraparte "diestra" en la imagen especular podría estar completamente inactiva. Eso es porque, en biología, Los diseños moleculares "izquierdo" y "derecho" son cruciales:los organismos vivos están hechos solo de aminoácidos zurdos. Así que distinguirlos es importante, pero difícil.

Ahora, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de los EE. UU. y de la Universidad de Ohio ha desarrollado un nuevo forma más sencilla de discernir la destreza molecular, conocido como quiralidad. Utilizaron nanopartículas cúbicas de oro y plata para amplificar la diferencia en la respuesta de las moléculas de la mano izquierda y la derecha a un tipo particular de luz. El estudio, descrito en la revista NanoLetras , proporciona la base para una nueva forma de probar los efectos de la mano en las interacciones moleculares con una sensibilidad sin precedentes.

"Nuestro descubrimiento y métodos basados ​​en esta investigación podrían ser de gran utilidad para la caracterización de interacciones biomoleculares con fármacos, sondeo de plegamiento de proteínas, y en otras aplicaciones donde las propiedades estereométricas son importantes, "dijo Oleg Gang, investigador del Centro de Nanomateriales Funcionales de Brookhaven y autor principal del artículo. "Podríamos usar este mismo enfoque para monitorear los cambios conformacionales en biomoléculas bajo diferentes condiciones ambientales, como la temperatura, y también para fabricar nano-objetos que exhiban una respuesta quiral a la luz, que luego podrían usarse como nuevos tipos de sensores a nanoescala ".

Los científicos sabían que las moléculas quirales de la mano izquierda y la derecha interactuarían de manera diferente con la luz "polarizada circularmente", donde la dirección del campo eléctrico gira alrededor del eje del rayo. Esta idea es similar a la forma en que las gafas de sol polarizadas filtran el resplandor reflejado a diferencia de las lentes ordinarias.

Otros científicos han detectado esta diferencia, llamado "dicroísmo circular, "en" huellas digitales "espectroscópicas de moléculas orgánicas:mapas detallados de las longitudes de onda de la luz absorbida o reflejada por la muestra. Pero para la mayoría de las biomoléculas quirales y muchas moléculas orgánicas, esta señal "CD" está en el rango ultravioleta del espectro electromagnético, y la señal suele ser débil. Por tanto, las pruebas requieren cantidades significativas de material a concentraciones imprácticamente altas.

El equipo se sintió alentado a que pudieran encontrar una manera de mejorar la señal mediante experimentos recientes que muestran que el acoplamiento de ciertas moléculas con nanopartículas metálicas podría aumentar en gran medida su respuesta a la luz. El trabajo teórico incluso sugirió que estas llamadas partículas plasmónicas, que inducen una oscilación colectiva de los electrones conductores del material, lo que lleva a una absorción más fuerte de una longitud de onda en particular, podría golpear la señal en la porción de luz visible de la huella digital espectroscópica, donde sería más fácil de medir.

El grupo experimentó con diferentes formas y composiciones de nanopartículas, y descubrió que los cubos con un centro dorado rodeado por una capa plateada no solo pueden mostrar una señal óptica quiral en el rango casi visible, pero aún más llamativo, eran amplificadores de señal eficaces. Para su biomolécula de prueba, utilizaron hebras sintéticas de ADN, una molécula con la que estaban familiarizados como "pegamento" para unir nanopartículas.

Cuando el ADN se unió a los nanocubos recubiertos de plata, la señal fue aproximadamente 100 veces más fuerte que la del ADN libre en la solución. Es decir, las nanopartículas cúbicas permitieron a los científicos detectar la señal óptica de las moléculas quirales (haciéndolas "visibles") en concentraciones 100 veces más bajas.

"Esta es una amplificación óptica muy grande en relación con lo que se observó anteriormente, "dijo Fang Lu, el primer autor del artículo.

La amplificación observada de la señal de dicroísmo circular es una consecuencia de la interacción entre las partículas plasmónicas y el "excitón, "o absorbente de energía, electrones dentro del complejo ADN-nanocubo, explicaron los científicos.

"Esta investigación podría servir como una plataforma prometedora para la detección ultrasensible de moléculas quirales y sus transformaciones en sintéticas, biomédico y aplicaciones farmacéuticas, "Dijo Lu.

"Además, "dijo Gang, "nuestro enfoque ofrece una forma de fabricar, mediante autoensamblaje, nanoobjetos plasmónicos discretos con una respuesta óptica quiral de nanocomponentes estructuralmente no quirales. Estos objetos plasmónicos quirales podrían mejorar en gran medida el diseño de metamateriales y nanoóptica para aplicaciones en la recolección de energía y las telecomunicaciones ópticas ".