Antenas en nanocajas detectan biomoléculas individuales

Una sola célula de nuestro cuerpo está compuesta de miles de millones de diferentes biomoléculas que trabajan juntas de forma muy coordinada y que permiten el desarrollo de las reacciones biológicas. La comprensión de cómo estas moléculas interactúan entre sí es clave para avanzar en el conocimiento de la biología molecular y celular, así como para detectar las primeras etapas de muchas enfermedades humanas.

Hasta ahora la detección de una molécula entre millones de moléculas vecinas ha sido técnicamente imposible, pero un equipo de científicos ha podido desarrollar un dispositivo capaz de reducir la región de observación a tamaño similar al tamaño de la molécula, unos pocos nanómetros.

Investigadores del Instituto Fresnel de Marsella (Francia) y del Instituto de Ciencias Fotónicas, ICFO, de Barcelona explican en la revista Nature Nanotechnology el diseño y fabricación del dispositivo óptico más pequeño, capaz de detectar y analizar biomoléculas individuales en concentraciones similares a las encontradas en un contexto celular.

El dispositivo llamado 'antena-in-a-box' consiste en una pequeña antena hecha de dos semi-esferas de oro, separadas una de otra por un espacio tan muy pequeño, de unos 15 nm. Cuando enviamos luz a esta antena se amplifica enormemente en la región entre las dos semi-esferas de oro, donde se produce la detección real de la biomolécula. Debido a que la amplificación de la luz se limita a las dimensiones de la brecha, sólo se pueden detectar las moléculas que se encuentran en esta pequeña región.

Un segundo truco que han usado los investigadores ha sido incrustar estas antenas dentro de cajas con dimensiones nanométricas. "Esta caja protege a la antena del ruido de las millones de moléculas circundantes, reduciendo el ruido de fondo y mejorando la detección de biomoléculas individuales en su conjunto” explica Jerome Wenger investigador del Instituto Fresnel.

El volumen observado más pequeño del mundo

Cuando los científicos han probado este novedoso dispositivo con diferentes concentraciones de la muestra, los resultados han sido extraordinarios, permitiendo mejorar el brillo fluorescente hasta 1.100 veces con volúmenes de detección de hasta 58 zeptolitros (1 zl = 10^-21l), es decir, el volumen de observación más pequeña del mundo.

Esta innovadora 'antena-in-a-box es una plataforma con una gran eficiencia que permite realizar todo tipo de análisis bioquímicos a escala nanométrica con la sensibilidad de una sola molécula individual y en las condiciones fisiológicas habituales. Puede ser utilizado para la detectar de foma ultrasensible pequeñas cantidades de moléculas, convirtiéndose así en una excelente dispositivo para el diagnóstico precoz de muchas enfermedad.

"Otra de sus aplicaciones es utilizar la “antenna-in-a-box” como un nanofuente óptica ultra-brillante para iluminar los procesos moleculares en las células vivas y así poder ver cómo las biomoléculas individuales interactúan unas con otras. Esto nos acerca al gran sueño de los biólogos de observar lo las interacciones moleculares dentro de las células", concluye García-Parajo.