Un nuevo sensor detecta nanopartículas cada vez más pequeñas

Un novedoso resonador óptico puede seguir el movimiento de las nanopartículas en el espacio

15.11.2021 - Alemania

Las nanopartículas están omnipresentes en nuestro entorno: Virus en el aire ambiente, proteínas en el cuerpo, como bloques de construcción de nuevos materiales para la electrónica o en los recubrimientos de superficies. Visualizar estas pequeñísimas partículas es un problema: son tan pequeñas que apenas pueden verse con un microscopio óptico. Los investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un sensor que no sólo detecta las nanopartículas, sino que también determina su estado y sigue sus movimientos en el espacio. El detector, muy sensible y compacto, es un nuevo tipo de resonador Fabry-Pérot, y se presenta en Nature Communications.

Los microscopios convencionales producen imágenes ampliadas de pequeñas estructuras u objetos con la ayuda de la luz. Las nanopartículas, sin embargo, son tan pequeñas que apenas absorben o dispersan la luz y, por tanto, permanecen invisibles. Los resonadores ópticos aumentan la interacción entre la luz y las nanopartículas: Captan la luz en el espacio más pequeño reflejándola miles de veces entre dos espejos. Si una nanopartícula se encuentra en el campo de luz capturado, interactúa miles de veces con la luz, de modo que se puede medir el cambio de intensidad de ésta. "El campo de luz tiene varias intensidades en diferentes puntos del espacio. Esto permite sacar conclusiones respecto a la posición de la nanopartícula en el espacio tridimensional", afirma la Dra. Larissa Kohler, del Physikalisches Institut del KIT.

El resonador hace visibles los movimientos de las nanopartículas

Y no sólo eso: "Si una nanopartícula se encuentra en el agua, choca con moléculas de agua que se mueven en direcciones arbitrarias debido a la energía térmica. Estas colisiones hacen que la nanopartícula se mueva aleatoriamente. Ahora también se puede detectar este movimiento browniano", añaden los expertos. "Hasta ahora, era imposible que un resonador óptico rastreara el movimiento de una nanopartícula en el espacio. Sólo era posible afirmar si la partícula se encuentra o no en el campo de luz", explica Kohler. En el novedoso resonador Fabry-Pérot basado en fibras, se colocan espejos altamente reflectantes en los extremos de las fibras de vidrio. Esto nos permite deducir el radio hidrodinámico de la partícula, es decir, el espesor del agua que la rodea, a partir de su movimiento tridimensional. Esto es importante, porque este espesor cambia las propiedades de la nanopartícula. "Gracias a la cáscara de hidrato, es posible detectar nanopartículas que habrían sido demasiado pequeñas sin ella", afirma Kohler. Además, la cáscara de hidrato que rodea a las proteínas u otras nanopartículas biológicas podría tener un impacto en los procesos biológicos.

El sensor permite conocer los procesos biológicos

Una posible aplicación del resonador podría ser la detección del movimiento tridimensional con alta resolución temporal y la caracterización de las propiedades ópticas de las nanopartículas biológicas, como las proteínas, el ADN origami o los virus. De este modo, el sensor podría aportar información sobre procesos biológicos aún no comprendidos.

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Publicación original

Larissa Kohler, Matthias Mader, Christian Kern, Martin Wegener, David Hunger; "Tracking Brownian motion in three dimensions and characterization of individual nanoparticles using a fiber-based high-finesse microcavity"; Nature Communications; 2021

https://www.bionity.com/es/noticias/1173528/un-nuevo-sensor-detecta-nanoparticulas-cada-vez-mas-pequenas.html