Los científicos del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL) y Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) en Erlangen presentan un gran paso adelante en la caracterización de nanopartículas. Utilizaron un método de microscopía especial basado en la interferometría para superar a los instrumentos existentes. Una posible aplicación de esta técnica puede ser la identificación de enfermedades.

Las nanopartículas están en todas partes. Están en nuestro cuerpo como agregados de proteínas, vesículas lipídicas o virus. Están en nuestra agua potable en forma de impurezas. Están en el aire que respiramos como contaminantes. Al mismo tiempo, muchos medicamentos se basan en la entrega de nanopartículas, incluidas las vacunas que nos han dado recientemente. Siguiendo con las pandemias, las pruebas rápidas utilizadas para la detección del SARS-Cov-2 también se basan en nanopartículas. La línea roja, que monitoreamos día a día, contiene miríadas de nanopartículas de oro recubiertas de anticuerpos contra proteínas que reportan infección.

Técnicamente, uno llama a algo una nanopartícula cuando su tamaño (diámetro) es más pequeño que un micrómetro. Los objetos del orden de un micrómetro todavía se pueden medir en un microscopio normal, pero las partículas que son mucho más pequeñas, digamos más pequeñas que 0,2 micrómetros, se vuelven extremadamente difíciles de medir o caracterizar. Curiosamente, este es también el rango de tamaño de los virus, que pueden llegar a ser tan pequeños como 0,02 micrómetros.

A lo largo de los años, científicos e ingenieros han ideado una serie de instrumentos para caracterizar las nanopartículas. Idealmente, uno quiere medir su concentración, evaluar su tamaño y distribución de tamaño y determinar su sustancia. Un ejemplo de gama alta es un microscopio electrónico. Pero esta tecnología tiene muchas deficiencias. Es muy voluminoso y costoso, y los estudios toman demasiado tiempo porque las muestras deben prepararse cuidadosamente y colocarse al vacío. E incluso entonces, sigue siendo difícil determinar la sustancia de las partículas que se ven en un microscopio electrónico.

Un dispositivo rápido, confiable, liviano y portátil que pueda usarse en el consultorio médico o en el campo tendría un gran impacto. Unos pocos instrumentos ópticos en el mercado ofrecen tales soluciones, pero su resolución y precisión han sido insuficientes para examinar nanopartículas más pequeñas, por ejemplo, mucho más pequeñas que 0,1 micrómetros (o dicho de otro modo, 100 nm).

Un grupo de investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz y Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin han inventado un nuevo dispositivo que ofrece un gran salto en la caracterización de nanopartículas. El método se llama iNTA, abreviatura de Análisis de seguimiento de nanopartículas interferométricas. Sus resultados se informan en la edición de mayo de Nature Methods .

El método se basa en la detección interferométrica de la luz dispersada por nanopartículas individuales que deambulan por un líquido. En tal medio, la energía térmica mueve perpetuamente las partículas en direcciones aleatorias. Resulta que el espacio que explora una partícula en un tiempo determinado se correlaciona con su tamaño. En otras palabras, las partículas pequeñas se mueven "más rápido" y cubren un volumen mayor que las partículas grandes. La ecuación que describe este fenómeno, la relación de Stokes-Einstein, data de principios del siglo pasado y desde entonces ha encontrado uso en muchas aplicaciones. En pocas palabras, si uno pudiera seguir una nanopartícula y recopilar estadísticas sobre su trayectoria nerviosa, podría deducir su tamaño. Entonces, el desafío es grabar películas muy rápidas de partículas diminutas moviéndose.

Los científicos de MPL han desarrollado un método de microscopía especial durante las últimas dos décadas, conocido como microscopía de dispersión interferométrica (iSCAT). Esta técnica es extremadamente sensible en la detección de nanopartículas. Al aplicar iSCAT al problema de la difusión de nanopartículas, el grupo MPL se dio cuenta de que pueden superar a los instrumentos existentes en el mercado. La nueva tecnología tiene una ventaja particular en el desciframiento de mezclas de nanopartículas con diferentes tamaños y diferentes materiales.

Las aplicaciones del nuevo método son múltiples. Una línea de aplicaciones particularmente emocionante se refiere a los vehículos de tamaño nanométrico que son secretados por las células, las llamadas vesículas extracelulares. Estos están hechos de una cubierta lipídica, muy parecida a una nano pompa de jabón. Pero la cubierta y el líquido interior también contienen proteínas, que nos informan sobre el origen de las vesículas, es decir, de qué órgano o proceso celular. Cuando la cantidad de proteína y/o el tamaño de las vesículas se desvían del rango normal, podría ser que la persona esté enferma. Por lo tanto, es muy importante encontrar formas de caracterizar las vesículas extracelulares.

Los investigadores de MPL y MPZPM ahora están trabajando en el desarrollo de un sistema de sobremesa para permitir que los científicos de todo el mundo se beneficien de las ventajas de iNTA. + Explora más

Seguimiento del movimiento de una sola nanopartícula