Una técnica para combinar la ultrasensibilidad de la dispersión Raman mejorada en la superficie SERS con una superficie resbaladiza inventada por los investigadores de Penn State permitirá detectar moléculas individuales de varias especies químicas y biológicas a partir de muestras gaseosas, líquidas o sólidas.La combinación de superficie resbaladiza y espectroscopía basada en láser abrirá nuevas aplicaciones en química analítica, diagnóstico molecular, monitoreo ambiental y seguridad nacional.
Los investigadores, dirigidos por Tak-Sing Wong, profesor asistente de ingeniería mecánica y el Profesor de Ingeniería Temprana de la Familia Wormley en Ingeniería, llaman a su invención SLIPSERS, que es una combinación de las superficies porosas resbaladizas infundidas de líquido de Wong SLIPS, que esuna superficie biológicamente inspirada basada en la planta de jarra asiática y SERS.
"Hemos estado tratando de desarrollar una plataforma de sensores que nos permita detectar químicos o biomoléculas a nivel de una sola molécula, ya sea que estén dispersas en el aire, en fase líquida o unidas a un sólido", dijo Wong. "Poder identificaruna sola molécula ya es muy difícil. Ser capaz de detectar esas moléculas en las tres fases es realmente un desafío ".
Wong necesitaba la ayuda del compañero posdoctoral Shikuan Yang para combinar SERS y SLIPS en un solo proceso. Yang fue entrenado en espectroscopía Raman en el laboratorio de caracterización del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State. Su experiencia en la técnica SERS y el conocimiento de Wong sobreSLIPS les permitió desarrollar la tecnología SLIPSER. Su trabajo aparece en línea en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , EE. UU. PNAS.
La espectroscopía Raman es un método bien conocido para analizar materiales en forma líquida usando un láser para interactuar con las moléculas vibratorias en la muestra. La vibración única de la molécula desplaza la frecuencia de los fotones en el haz de luz láser hacia arriba o hacia abajo en unde manera característica de ese tipo de molécula. Por lo general, la señal Raman es muy débil y debe ser mejorada de alguna manera para su detección. En la década de 1970, los investigadores descubrieron que la rugosidad química de la superficie de un sustrato de plata concentraba la señal Raman deel material se adsorbió en la plata y nació SERS.
Wong desarrolló SLIPS como investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard. SLIPS se compone de una superficie cubierta con matrices regulares de postes de nanoescala infundidos con un lubricante líquido que no se mezcla con otros líquidos. El pequeño espacio de los nanoposts atrapa el líquidoentre las publicaciones y el resultado hay una superficie resbaladiza a la que nada se adhiere.
"El problema", dijo Wong, "es que tratar de encontrar algunas moléculas en un medio líquido es como tratar de encontrar una aguja en un pajar. Pero si podemos desarrollar un proceso para reducir gradualmente el tamaño de este volumen líquido, podemos obtener una mejor señal. Para ello, necesitamos una superficie que permita que el líquido se evapore de manera uniforme hasta que llegue a la microescala o nanoescala. Otras superficies no pueden hacer eso, y ahí es donde entra SLIPS ".
Si se coloca una gota de líquido en cualquier superficie normal, comenzará a encogerse de arriba hacia abajo. Cuando el líquido se evapora, las moléculas objetivo quedan en configuraciones aleatorias con señales débiles. Pero si todas las moléculas se pueden agrupar entrelas nanopartículas de oro, producirán una señal Raman muy fuerte.
Shikuan Yang explicó: "Primero necesitamos usar nanopartículas de metales nobles, como el oro. Y luego tenemos que ensamblarlas para que formen huecos a nanoescala entre las partículas, llamadas SERS" puntos calientes ". Si tenemos un láser con la derechalongitud de onda, los electrones oscilarán y se formará un fuerte campo magnético en el área del espacio. Esto nos da señales SERS muy fuertes de las moléculas ubicadas dentro de los espacios ".
Aunque existen otras técnicas que permiten a los investigadores concentrar moléculas en una superficie, esas técnicas funcionan principalmente con agua como medio. SLIPS se puede usar con cualquier líquido orgánico.
"Nuestra técnica abre mayores posibilidades para que las personas utilicen otros tipos de solventes para la detección de SERS de una sola molécula, como la detección ambiental en muestras de suelo. Si solo puede usar agua, eso es muy limitante", dijo Yang ".biología, los investigadores podrían querer detectar una falta de coincidencia de un par de bases en el ADN. Nuestra plataforma les dará esa sensibilidad ".
Uno de los próximos pasos será detectar biomarcadores en sangre para el diagnóstico de la enfermedad en las primeras etapas del cáncer cuando la enfermedad es más fácil de tratar.
"Hemos detectado una proteína común, pero aún no hemos detectado cáncer", dijo Yang.
Aunque la tecnología SLIPS está patentada y autorizada, el equipo no ha buscado protección de patente en su trabajo SLIPSER.
"Creemos que ofrecer esta tecnología al público la desarrollará a un ritmo mucho más rápido", dijo el profesor Wong. "Esta es una plataforma poderosa de la que creemos que muchas personas se beneficiarán".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Investigación de Materiales de Penn State . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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