Cient铆ficos de la Universidad Nacional de C贸rdoba desarrollaron un m茅todo matem谩tico que permite describir, con precisi贸n sin precedentes, las propiedades 贸pticas de part铆culas 谩ureas irregulares cuyo tama帽o es de apenas unas millon茅simas de mil铆metro. El trabajo abre nuevas perspectivas en el dise帽o de aplicaciones para la medicina y la biolog铆a, y fue publicado en 鈥淣anoletters鈥, la revista de nanotecnolog铆a con mayor impacto a nivel mundial
Foto:http://www.hoylauniversidad.unc.edu.ar
Un nan贸metro (nm) es apenas una millon茅sima parte de un mil铆metro (0,000001 mm). Al trasladar esta relaci贸n a longitudes m谩s cotidianas, resulta indistinto afirmar que una regla mide 20 cent铆metros 贸 200 millones de nan贸metros; pero esta escala, en metales como el oro y la plata se vuelve significativa, dado que las propiedades 贸pticas de estas 铆nfimas part铆culas dependen de manera crucial de su geometr铆a. Esto implica, por ejemplo, que el color de una pieza de plata de 20 nan贸metros cambiar谩 al alterar su tama帽o. Por esta raz贸n, es esencial determinar con exactitud la morfolog铆a de estos elementos de dimensiones min煤sculas.
Hasta hace poco tiempo, la forma de las nanopart铆culas se infer铆a solo a partir de las im谩genes bidimensionales que se capturaban de ellas. Se trata de un m茅todo que provee apenas una aproximaci贸n, una simplificaci贸n de su estructura, incapaz de reflejar con exactitud la rugosidad de la superficie, sus valles, sus picos y sus poros, entre otras caracter铆sticas.
A partir de los avances en microscop铆a electr贸nica, la t茅cnica 鈥淭omograf铆a de electrones鈥 permite obtener una reconstrucci贸n tridimensional exacta de la forma de las nanopart铆culas. En este caso, un haz de electrones 鈥渂arre鈥 con alta precisi贸n la muestra y en paralelo, registra la 鈥渟ombra鈥 que 茅sta proyecta a diferentes 谩ngulos. Con las fotograf铆as tomadas a intervalos de 10鈥 se 鈥渞econstruye鈥 posteriormente la morfolog铆a de la pieza.
Fue 茅sta la t茅cnica aplicada, en la Universidad de Cambridge Inglaterra, a nanopart铆culas de oro y plata generadas a trav茅s de m茅todos qu铆micos por un equipo de investigadores del Instituto de F铆sico Qu铆mica de C贸rdoba y del departamento de F铆sico Qu铆mica de la Facultad de Ciencias Qu铆micas (UNC), dirigido por Eduardo Coronado. Esa caracterizaci贸n proporcion贸 la informaci贸n b谩sica con la cual el grupo cient铆fico cordob茅s desarroll贸 un c贸digo matem谩tico -esto es, un conjunto de algoritmos- que permite calcular con exactitud cu谩l es la respuesta de esa part铆cula al interactuar con la luz. El m茅todo permite, por primera vez, describir con rigurosidad las propiedades 贸pticas de nanopart铆culas altamente irregulares.
La importancia de lo min煤sculo
La trascendencia de conocer el comportamiento de estos min煤sculos fragmentos de metal noble radica en su potencialidad para ser utilizados como sensores. Al ser irradiados con luz, los electrones de estas fracciones de oro comienzan a moverse y provocan una oscilaci贸n colectiva similar a la de las olas en el mar. As铆, generan un campo electromagn茅tico amplificado, muy pr贸ximo a su superficie, que las convierte en extremadamente sensibles a su entorno inmediato.
La intensidad de este campo evanescente, como se lo denomina, depende tanto de la morfolog铆a de la nanopart铆cula como del color de luz que la ilumina y es lo que les permite a estos diminutos fragmentos funcionar como 鈥渁ntenas鈥. Ocurre que al situarse en zonas muy cercanas a este campo electromagn茅tico, cualquier mol茅cula puede incrementar su se帽al hasta siete 贸rdenes de magnitud y provocar un cambio en el espectro visible de la muestra. Dado que estas se帽ales espectrosc贸picas funcionan como 鈥渉uellas dactilares鈥, las alteraciones pueden utilizarse para confirmar la presencia de diversas mol茅culas. 鈥淒e esta manera, uno podr铆a sensar hasta mil mol茅culas diferentes utilizando s贸lo m茅todos 贸pticos, es decir, observando los cambios en el espectro visible de la nanopart铆cula鈥, explica Coronado a InfoUniversidades.
Aqu铆, nuevamente resulta fundamental calcular la forma de la pieza, ya que la distribuci贸n del campo el茅ctrico depende de su geometr铆a. 鈥淣o es lo mismo inferir que la part铆cula es plana a que tenga puntas, porque el campo se incrementar谩 disparmente, en distintas regiones. Nuestro modelo nos permite predecir, sobre una cierta estructura, cu谩n 煤til ser谩 para aumentar las se帽ales de mol茅culas que se absorban sobre ella, y qu茅 regi贸n espec铆fica de su superficie debe ser iluminada para aprovechar el m谩ximo de su espectro. Por eso, es muy importante conocer con exactitud la geometr铆a y volumen鈥, agrega el investigador.
El impacto en las aplicaciones
Una de las ventajas concretas que brinda la 鈥渉ipersensibilidad鈥 de las porciones nanom茅tricas de oro y plata es su potencial para aumentar la sensibilidad de las t茅cnicas anal铆ticas y llevar sus l铆mites de detecci贸n hasta el nivel de muy pocas mol茅culas.
鈥淓n medicina, uno puede reconocer una mol茅cula por el complejo ant铆geno-anticuerpo, que es como la llave a la cerradura: una mol茅cula reconoce espec铆ficamente a otra, es lo que se denomina bioreconocimiento. Ahora, es posible recubrir estas nanopart铆culas met谩licas con una prote铆na que identifique espec铆ficamente a otra prote铆na. Si la que queremos detectar est谩 presente, se pegar谩 a la prote铆na adherida a la nanopart铆cula y se producir谩 un cambio de espectro. Eso servir谩 para verificar su presencia en el cuerpo鈥, se帽ala Coronado.
Otro ejemplo es la mol茅cula de ADN. Al iluminarla con el campo evanescente producido por una nanopart铆cula, es posible incrementar la se帽al de cada secci贸n de su secuencia y siguiendo la hebra se podr铆a determinar en forma muy eficiente su cadena de bases. Estos ensayos podr铆an efectuarse en un lapso de tiempo muy breve y de manera mucho m谩s simple que las t茅cnicas de secuenciaci贸n de ADN actuales, que son m谩s laboriosas y demandan semanas para obtener el resultado.
En proyecci贸n, es factible imaginar un peque帽o chip que contenga distintas formas de nanopart铆culas, cada una funcionalizada con distintos anticuerpos, para detectar en un 煤nico ensayo y simult谩neamente miles de mol茅culas de distinta naturaleza. Siguiendo esta l铆nea, el cient铆fico apunt贸 que 鈥渟e podr铆a, incluso, dise帽ar sensores que monitoreen in vivo cientos de sustancias a la vez. Esto revolucionar谩 la biolog铆a, porque con estas t茅cnicas lograr谩n entenderse muchos de los mecanismos de las enfermedades. M谩s importante aun, podr谩n monitorearse los cambios intracelulares, ya que estas nanopart铆culas son mil veces m谩s peque帽as que una c茅lula鈥.
El dato distintivo consiste en que basta iluminar a estas part铆culas con luz visible que -a diferencia de los rayos X- no es da帽ina para los seres humanos, lo que posibilita llevar a cabo ensayos benignos que no perjudiquen a las c茅lulas. Y, del mismo modo, se podr铆an utilizar nanopart铆culas metales que reconozcan la presencia de ciertos componentes en el medio ambiente, para controles de contaminaci贸n.
Los investigadores
Los autores de este desarrollo son Eduardo Perassi, Ezequiel Encina y Eduardo Coronado, del Instituto de F铆sico Qu铆mica de C贸rdoba (INFIQC) y el departamento de F铆sico Qu铆mica de la Facultad de Ciencias Qu铆micas de la UNC. Tambi茅n particip贸 Paul Midgley del Department of Materials Science and Metallurgy de la Universidad de Cambridge. La obtenci贸n y el an谩lisis de im谩genes tridimensionales fueron llevados a cabo por Juan Hern谩ndez Garrido (actualmente en la Universidad de C谩diz) y Sergio Moreno, del Centro At贸mico Bariloche.
Andr茅s Fern谩ndez
[email protected]
Eliana Piemonte y Andr茅s Fern谩ndez
Prosecretar铆a de Comunicaci贸n Institucional
Universidad Nacional de C贸rdoba
Fuente: Info Universidades
http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?titulo=logran_calcular_con_exactitud_como_interactuan_nanoparticulas_de_oro_con_la_luz&id=1088
