Nanotecnologia

Régua plasmônica mede estruturas biológicas em 3D

Régua plasmônica mede eventos biológicos em 3D
A liberdade espacial fornecida pelo acoplamento 3D dos nanobastões permite medir simultaneamente a direção e a magnitude das mudanças estruturais de uma macromolécula.[Imagem: Paul Alivisatos]

A biologia e a ciência dos materiais convergem na escala dos nanômetros.

E, conforme as máquinas que construímos e as máquinas de que somos feitos se encontram na escala de tamanho das biomoléculas, os cientistas precisam de novos instrumentos de medição.

Régua plasmônica

Agora, cientistas das universidades de Berkeley (Estados Unidos) e Stuttgart (Alemanha) criaram uma "régua plasmônica", um instrumento capaz de medir em escala nanométrica as mudanças espaciais que ocorrem nos sistemas macromoleculares.

Essas réguas 3D plasmônicas dão aos cientistas informações com detalhes sem precedentes sobre eventos dinâmicos críticos para a biologia, como a interação do DNA com enzimas, o dobramento de proteínas, o movimento dos peptídeos ou as vibrações das membranas celulares.

Com informações suficientes sobre esses processos, os cientistas podem explorá-los em materiais artificiais ou no acoplamento entre sistemas biológicos e sistemas eletrônicos, por exemplo.

"Nós demonstramos uma régua 3D plasmônica, baseada em oligômeros plasmônicos acoplados combinados com espectroscopia de alta resolução, que nos permite detectar a configuração espacial completa de macromoléculas complexas e processos biológicos, e acompanhar a evolução dinâmica desses processos," explicou Paul Alivisatos, líder da pesquisa.

Plasmônica

O termo "plasmônica" refere-se a ondas eletrônicas superficiais, também conhecidas como plasmons de superfície, que são geradas quando a luz viaja através das dimensões restritas de nanopartículas ou estruturas feitas com metais nobres, como ouro ou prata.

"Duas nanopartículas de metais nobres muito próximas vão se acoplar através de suas ressonâncias plasmônicas para gerar um espectro de dispersão da luz que depende fortemente da distância entre as duas nanopartículas," explica Alivisatos. "Esse efeito de dispersão da luz tem sido usado para criar réguas plasmônicas lineares capazes de medir distâncias em nanoescala em células biológicas."

Esse mecanismo de medição é muito mais preciso do que a técnica baseada em corantes químicos ou ressonância por fluorescência - mas, até agora, os cientistas só haviam conseguido utilizá-lo para fazer medidas em uma única dimensão.

Régua plasmônica mede eventos biológicos em 3D
A régua 3D é formada por cinco nanobastões de ouro cujos comprimento e orientação são controláveis individualmente. [Imagem: Paul Alivisatos]

Quase tão simples quanto uma régua

Os cientistas agora conseguiram tirar proveito do fato de que o espectro de dispersão da luz é sensível a todo um conjunto de movimentações em 3D, típico das moléculas biológicas.

Eles superaram as limitações das nanorréguas 2D construindo uma régua 3D com cinco nanobastões de ouro cujos comprimento e orientação são controláveis individualmente.

Um nanobastão é colocado perpendicularmente entre dois pares de nanobastões paralelos, para formar uma estrutura que se assemelha à letra H.

"O forte acoplamento entre o nanobastão superior e os dois pares paralelos suprime o amortecimento radiativo e permite a excitação de duas ressonâncias quadrupolares que permitem fazer uma espectroscopia plasmônica de alta resolução," disse Laura Na Liu, coautora do estudo. "Qualquer mudança conformacional nessa estrutura 3D plasmônica produz mudanças facilmente observáveis nos espectros ópticos."

Bibliografia:

Three-Dimensional Plasmon Rulers
Na Liu, Mario Hentschel, Thomas Weiss, A. Paul Alivisatos, Harald Giessen
Science
17 June 2011
Vol.: 332 no. 6036 pp. 1407-1410
DOI: 10.1126/science.1199958




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