Los científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) han desarrollado un dispositivo basado en la luz que puede actuar como biosensor, detección de sustancias biológicas en materiales; por ejemplo, patógenos nocivos en muestras de alimentos.

Los biosensores estándar de la industria actual tienen una sensibilidad y precisión limitadas. Solo pueden detectar efectos acumulativos de grupos de partículas, en lugar de moléculas individuales.

Pero la herramienta que desarrolló el equipo es 280 veces más sensible.

En colaboración con investigadores de la Universidad de Wisconsin, NOSOTROS., Los investigadores de la Unidad de Interacciones Luz-Materia para Tecnologías Cuánticas de OIST utilizaron esta herramienta, un tipo de resonador óptico, para crear alta resolución, Imágenes en tiempo real de nanopartículas individuales. Sus hallazgos se publican en ACS Nano .

Química a nanoescala

Durante los últimos años, los científicos de OIST han estado experimentando con resonadores de microburbujas, un tipo de microrresonador que consiste en una carcasa de vidrio hueca unida a un Capilar de vidrio fino. Los investigadores llenan un resonador de microburbujas con agua. Luego, cuando alumbran con rayos de luz, las ondas de luz circulan rápidamente por el agua, permitiendo a los científicos estudiar las propiedades físicas y químicas de las partículas en la superficie del resonador.

Para el presente estudio, los investigadores colaboradores de la Universidad de Wisconsin recubrieron el interior de la esfera de vidrio del resonador de microburbujas con nanobarras de oro.

Los científicos hicieron brillar un rayo láser para calentar las nanovarillas, luego observó cómo la forma, orientación, y la química de la superficie de las nanobarras cambió cuando se expusieron a ciertos productos químicos y campos de luz.

Cuando las nanopartículas absorben la luz que las ilumina, se calentaron. Estos aumentos de temperatura provocaron cambios en las frecuencias de luz emitidas por el resonador, permitiendo a los científicos medir y visualizar cambios en la temperatura de las nanopartículas a una resolución increíblemente alta.

Esencialmente, el resonador se convirtió en un tipo de termómetro increíblemente sensible, dijeron los investigadores.

El siguiente paso de los científicos es aplicar esta técnica de detección fototérmica a las proteínas, en lugar de nanopartículas, recubriendo el interior del resonador con proteínas en lugar de nanobarras de oro. Los investigadores esperan que los cambios en la forma de las proteínas cambien las propiedades ópticas y térmicas de las proteínas, permitiéndoles estudiar más a fondo los eventos moleculares en la superficie del resonador.

Adicionalmente, el método puede ser útil para detectar virus diminutos o cadenas de ADN individuales.

"Normalmente, si desea obtener imágenes de alta resolución de proteínas diminutas, necesitaría un microscopio electrónico, que dañaría la proteína, "dijo el Dr. Jonathan Ward, coautor del estudio. "El potencial de comercialización aquí es enorme, a pesar de que, todavía quedan muchos desafíos técnicos por superar ".