Membranele ultrasubțiri deschid calea pentru analiza nano-infrared a biomoleculelor în apă
Un studiu recent demonstrează că spectroscopia infra-roșu la scară nanometrică (s-SNOM) poate fi utilizată cu încredere pentru examinarea probelor biologice în medii apoase, folosind membrane ultrasubțiri pe bază de siliciu. Cercetarea, publicată în jurnalul Analytical Chemistry, validează pentru prima dată corelația directă dintre spectrele near-field obținute în lichid și spectrele de referință far-field, la o rezoluție de câteva zeci de nanometri.
Spectroscopia infra-roșu oferă informații valoroase despre proprietățile biomoleculelor și ale materiei moi, dar metoda convențională necesită cantități mari de probă, permițând doar concluzii statistice. Pentru investigarea moleculelor individuale, spectroscopia la scară nanometrică (s-SNOM) reprezintă soluția ideală: un fascicul infra-roșu iluminează vârful unui microscop de forță atomică (AFM) care scanează proba, iar lumina retroîmprăștiată oferă informații optice locale despre interacțiunea dintre vârf și probă, cu o rezoluție de până la 10 nanometri.
Provocarea majoră a constat în faptul că biomoleculele există în mod natural în medii apoase, iar apa absoarbe puternic radiația infra-roșu. Studiile anterioare de proof-of-concept au arătat că s-SNOM în lichid este fezabil folosind membrane ultrasubțiri de nitrură de siliciu sau carbură de siliciu, plasate între vârful AFM și probă. Aceste membrane acționează ca un film protector și sunt transparente în domeniul infra-roșu mediu.
Echipa internațională condusă de Dr. Alexander Veber a realizat un studiu sistematic pentru a elimina lipsa unui benchmark cuprinzător care să lege măsurătorile locale near-field de spectrele de referință far-field. Cercetătorii au analizat influența diferitelor materiale de membrană și a mediului lichid, demonstrând că spectrele nano-IR de înaltă rezoluție obținute în medii apoase se corelează direct cu semnăturile standard far-field.
„Am testat sistematic diverse membrane de siliciu și am examinat probele atât în stare uscată, cât și în mediu apos”, explică Dr. Maria Eleonora Temperini, primul autor al studiului.
Probele analizate au inclus albumină din ser bovin și molecule de ADN, precum și fibrile proteice de α-sinucleină, implicate în boala Parkinson. Pentru a face legătura între spectroscopia far-field convențională și cea near-field la scară nanometrică, cercetătorii au combinat datele experimentale cu un model teoretic.
„Modelul dipol finit s-a dovedit a fi cheia pentru a descrie ceea ce se întâmplă de fapt la scară nanometrică în prezența membranei și a lichidului”, afirmă Temperini.
Această abordare demonstrează că semnalele provenite de la biomolecule individuale reflectă cu acuratețe spectrele infra-roșu de referință, permițând cercetătorilor să cartografieze chimic structuri biologice cu rezoluție înaltă, până la câteva zeci de nanometri.
„Putem folosi acum cu încredere s-SNOM pentru a examina probe biologice exact așa cum apar ele în natură, în medii apoase”, declară Veber.
Metoda este deosebit de interesantă pentru observarea proceselor biologice sau chimice cu rezoluție spațială înaltă, cum ar fi dinamica proteinelor sau interacțiunile moleculare în materiale catalitic active.
