Mesmo a menor molanãcula pode contar uma grande história. Por exemplo, observar uma única molanãcula pode lana§ar luz sobre os processos biola³gicos subjacentes no corpo humano. Na verdade, procedimentos de imagem molecular - que não são invasivos e indolores - estãosendo usados ​​para diagnosticar e gerenciar o tratamento de COVID-19, ca¢ncer, doenças carda­acas e outras condições graves de saúde.

Uma das técnicas mais promissoras para imagens de molanãcula única éa espectroscopia Raman desuperfÍcie aprimorada, ou SERS. Ao focalizar um feixe de laser na amostra, o SERS detectamudanças nas moléculas com base em como elas espalham a luz e pode identificar moléculas especa­ficas por meio de seus espectros Raman exclusivos: uma espanãcie de impressão digital molecular. Uma vantagem do SERS éque ele não édestrutivo e requer preparação ma­nima da amostra, pois não requer adição de produtos químicos ou modificações para fazer as medições.

Em um estudo publicado recentemente na Advanced Materials , engenheiros da Johns Hopkins Whiting School of Engineering descrevem um novo nanomaterial que permite a detecção rápida e altamentesensívelde uma única molanãcula usando SERS. Sua invenção pode abrir caminho para testes de diagnóstico mais rápidos e precisos.

Para criar seu novo material, chamado Molde Silicificado de DNA para Raman Optical Beacon ou DNA-STROBE, uma equipe liderada por Ishan Barman , um professor associado de engenharia meca¢nica, projetou cavidades a³pticas de apenas alguns nana´metros ou menos. Na imagem SERS, essas cavidades plasma´nicas "prendem" feixes de luz, convertendo sua radiação eletromagnanãtica em ondas de elanãtrons. As minaºsculas nanocavidades plasma´nicas da equipe de Barman aumentam exponencialmente a densidade dessa energia eletromagnanãtica aprisionada, potencialmente permitindo imagens biomoleculares quantitativas em concentrações ultrabaixas.

"A eficácia das medições SERS depende da arquitetura e reprodutibilidade das sondas em nanoescala. Se projetadas e realizadas com sucesso, nossas estruturas DNA-STROBE oferecem sensoriamento a³ptico em tempo real, molanãcula única e sem ra³tulo que équase impossí­vel de alcana§ar com qualquer plataformas ", disse Barman, o autor correspondente do jornal.

Os coautores do estudo incluem Le Liang e Peng Zheng, ambos pa³s-doutorandos na Johns Hopkins Whiting School of Engineering.

De acordo com Barman, as medições SERS podem oferecer percepções sem precedentes em nanoescala, o que continua sendo um desafio para os manãtodos de imagem convencionais. A intensidade do sinal SERS depende do tamanho das lacunas em nanoescala, conhecidas como "pontos de acesso". Como essas nanocavidades confinam a energia da luz, quanto menores as lacunas, maior o sinal SERS. No entanto, nanocavidades desse tamanho pequeno são extremamente difa­ceis (e caras) de fabricar de forma programa¡vel e reproduza­vel, explicou ele.

A equipe de pesquisa recorreu a  nanotecnologia de DNA para encontrar uma resposta. Usando o DNA como andaimes, a equipe construiu nanocavidades sintanãticas com o tamanho perfeito para se tornarem hotspots. Mas dada a natureza ela¡stica do DNA, especialmente sua propensão a dobrar e dobrar, o tamanho das estruturas DNA-STROBE formadas pode mudar, potencialmente enfraquecendo o sinal SERS. Assim, a equipe encapsulou as estruturas do DNA-STROBE com uma casca protetora de sa­lica ultrafina para evitar tais flutuações.

O estudo relatou duas descobertas significativas. Em primeiro lugar, os pesquisadores mostraram que podiam fabricar nanocavidades ultrapequenas com ampliação eletromagnanãtica bem controlada e grande do sinal SERS. Em segundo lugar, sua abordagem permite estudos de uma única molanãcula, mesmo em amostras biológicas com altas concentrações de moléculas - um obsta¡culo na pesquisa anterior.

"Ficamos entusiasmados em observar que o DNA-STROBE aumentou o sinal Raman e foi forte o suficiente para permitir detecção em tempo real e imagens de super-resolução. Isso certamente abrira¡ novos caminhos para o uso da análise SERS, particularmente em detecção e imagem aplicações onde adicionar agentes de contraste e corantes não édesejável ou prático ", disse Liang.

O pra³ximo passo, dizem os pesquisadores, serádesenvolver um conjunto de ferramentas anala­ticas derivadas do DNA-STROBE para uma variedade de aplicações. Por exemplo, a equipe acredita que sua abordagem oferece uma plataforma de ponta para a detecção ultrassensa­vel de biomarcadores de câncer circulantes.

"Com a personalização adequada, o DNA-STROBE pode permitir o progresso em uma ampla variedade de campos, desde diagnósticos clínicos e pesquisa biomédica ba¡sica atédetecção ambiental e manipulação de molanãcula única", acrescenta Barman.