Scoperto un modo efficace per identificare singoli oggetti e virus su scala nanometrica che potrebbe rappresentare un importante passo avanti nella diagnostica biomedica, la tutela dell'ambiente e la nano-elettronica
Negli ultimi ventanni sono stati fatti enormi progressi nel visualizzare e manipolare materiali su scala nanometrica. Utilizzando i microscopi di ultimissima generazione, i ricercatori oggi possono studiare la morfologia di singoli oggetti quali nanoparticelle, molecole e atomi nel loro ambito naturale. Eppure, nonostante il miglioramento della tecnologia disponibile, rimane ancora difficile misurare le proprietĂ meccaniche, chimiche, elettriche e termiche che caratterizzano e rendono unici questi oggetti. Solo mediante la misura delle loro proprietà è possibile distinguerli da oggetti morfologicamente simili ma con differente composizione chimica, e quindi di studiarli e, nel caso di molecule biologiche, di scoprirne la funzione biologica. Da tempo per riconoscere gli oggetti su scala nanometrica i ricercatori ricorrono al âlabellingâ chimico, ossia âmarcanoâ i campioni mediante lâinserimento di sostanze riconoscibili come per esempio molecole fluorescenti. Ma poichè questi marcatori possono interferire con lo studio delle proprietĂ del campione, è necessario sviluppare nuove tecniche capaci di identificare la composizione dei nano-oggetti senza marcatori e âin situâ, ossia esattamente dove si trovano e manifestano le loro funzioni.
Ricercatori dell'UniversitĂ di Barcellona (UB) e dell'Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC), tra cui Laura Fumagalli, ricercatrice italiana allâestero, in collaborazione con il Centro Nazionale di Biotecnologia di Madrid (CNB-CSIC) hanno messo a punto una nuova tecnica capace di identificare nano-oggetti senza marcatori basata nellâutilizzo del microscopio a forza elettrostatica (EFM), un tipo di microscopio a forza atomica, il celebre microscopio utilizzato dai ricercatori per effettuare misure su nanoscala.
Il microscopio a forza atomica è in grado di ricostruire lâimmagine su nanoscala grazie ad una nano-punta montata all'estremitĂ di un micro-leva che viene fatta scorrere sopra il campione e misurando i microscopici movimenti della leva, praticamente come le dita delle mani sui caratteri Braille. âMa lâimmagine è limitata alla morfologia della superficie, che non serve granchè se lâoggetto che ci interessa si trova tra altri con una forma simile e non sappiamo riconoscerlo,â spiega Laura, autore principale dello studio apparso oggi in Nature Materials. âIn una situazione simile, l'uomo usa altri sensi, per esempio annusando una sostanza per distinguerla dalle altre. Ecco, abbiamo utilizzato un approccio simile.â Tutti gli oggetti hanno un âcostante dielettricaâ (o permittivitĂ ), che rappresenta la reazione ad un campo elettrico esterno caratterista del materiale di cui è composto. Utilizzando il microscopio EFM, i ricercatori hanno applicato un campo elettrico al nano-oggetto mediante la nano-punta e misurato il minuscolo movimento della leva indotto dalla risposta dielettrica dellâoggetto.
âUna volta riusciti a quantificare con precisione la costante dielettrica specifica degli oggetti, lâabbiamo utilizzata come un âimpronta digitaleâ per distinguerli da altri di forma identica ma di diversa composizione chimica, che sarebbe impossibile riconoscere senza marcatori,â continua Laura. âFino ad ora, lâEFM era stato utilizzato per distinguere oggetti metallici da quelli non-metallici, in pratica dando solo un informazione in bianco e nero. Ora siamo riusciti a distinguere quantitativamente oggetti con constanti dielettriche simili e in particolare molto basse, caratteristiche delle macromolecule biologiche.â Per questo, è stato necessario migliorare la risoluzione elettrica del microscopio di quasi due ordini di grandezza, usare nano-punte geometricamente stabili sotto il nanometro e realizzare un modellizzazione accurata e realistica del sistema fisico mediante simulazioni a elementi finiti.
âLa nostra tecnica fornisce inoltre una soluzione non invasiva per determinare la caratteristica interna degli oggetti su scala nanometrica e di correlarla con le loro funzioni senza dover taglierli o marcarli chimicamente. Per questo, sarĂ utile in vari settori della ricerca scientifica,â aggiunge Gabriel Gomila, co-autore dello studio e a capo del gruppo di ricerca. âSarĂ particolarmente importante in nanomedicina per la diagnostica biomedica, dando la possibilitĂ di rilevare e quantificare importanti macromolecole biologiche come i virus senza marcatori solamente sulla base delle loro proprie proprietĂ dielettriche. Analogamente può essere utilizzata per rilevare nanoparticelle per il monitoraggio e la protezione ambientale.â
I ricercatori hanno dimostrato lâefficacia della tecnica in ambito biologico applicandola ai virus, riuscendo a misurarne per la prima volta le proprietĂ dielettriche, fino ad ora rimaste inaccessibili e che possono essere legate alla loro funzione, e distinguendo virus vuoti dai virus contenenti DNA, che sono i virus capaci di iniettare il loro materiale genetico nelle cellule e cosi di infettarle. âQuesti risultati rappresentano anche un importante passo avanti nello studio dei materiali dielettrici su scala nanometrica, che sono elementi fondamentali dei dispositivi nanoelettronici e ne determinano le prestazioni,â aggiunge Laura. âLa nostra tecnica permetterĂ di misurare le proprietĂ dielettriche dei nuovi materiali nano-compositi e dei nano-dispositivi ibridi di ultima generazione, per esempio, e di sapere fino a quali dimensioni conservano queste proprietĂ . In altre parole, fino a che punto possiamo spingerci nel ridurre le loro dimensioni.â â
L. Fumagalli, D. Esteban-Ferrer, A. Cuervo, J. L. Carrascosa and G. Gomila. (2012). Label-free identification of single dielectric nanoparticles and viruses with ultraweak polarization forces. Nature Materials, 8 July 2012
Immagine: http://ifs.massey.ac.nz/undergrad/degrees/nanoscience/
Fonte: http://www.lswn.it/comunicati/stampa/2012/riconoscimento_nano_oggetti_e_virus_senza_marcatori