Nanotubos de carbono cubiertos con ADN
El descubrimiento, efectuado por especialistas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, abre el camino a nuevos tipos de sensores ópticos y biomarcadores que aprovechen las propiedades únicas de las nanopartículas en sistemas vivos.
"Éste es el primer sensor basado en los nanotubos que puede descubrir rastros de contaminantes a nivel subcelular", asevera Michael Strano, profesor de ingeniería química y biomolecular en la citada universidad. "También demostramos, por primera vez, que la sutil reestructuración de un biomolécula absorbida puede detectarse directamente por medio de un nanotubo de carbono".
En el corazón del nuevo sistema de detección está la transición de la estructura secundaria del ADN de su forma nativa "B", dextrógira, a la forma alternativa "Z", levógira.
Los investigadores llegaron a la conclusión de que la termodinámica, que maneja el cambio en un sentido y en el contrario entre estas dos formas de estructuras de ADN, modularía la estructura electrónica y la emisión óptica de los nanotubos de carbono.
Para hacer sus sensores, los investigadores comienzan extendiendo una porción de la doble hélice del ADN alrededor de la superficie de un nanotubo de carbono de una sola pared, envolviéndolo con ella de modo similar a como se enrolla un cordón de teléfono alrededor de un lápiz. El ADN comienza a aplicarse como envoltorio alrededor del nanotubo con una cierta forma, que está definida por las cargas negativas a lo largo de su base.
Cuando el ADN se expone a los iones de determinados átomos, como el calcio, el mercurio y el sodio, las cargas negativas son neutralizadas y el ADN cambia de forma mediante un proceso similar al que sigue en su cambio natural de la forma B a la forma Z. Esto reduce el área de la superficie cubierta por el ADN, perturbando la estructura electrónica y cambiando la fluorescencia natural del nanotubo, en el infrarrojo cercano, a una de más baja energía.
 | | Michael Strano y Esther Jeng. (Foto: L. Brian Stauffer ) |
"El cambio en la emisión de energía indica cuántos iones se enlazan con el ADN", explica el investigador Daniel Heller. "Quitando los iones, la emisión de energía volverá a su valor inicial y llevará al ADN a su forma inicial, haciendo el proceso reversible y reutilizable".
Los investigadores demostraron la viabilidad de su técnica de medición descubriendo concentraciones bajas de iones de mercurio en sangre entera, en soluciones opacas y en células y tejidos de mamíferos vivientes, ejemplos donde la detección óptica es normalmente pobre o ineficaz. Como la señal está en el infrarrojo cercano, una propiedad única de sólo unos pocos materiales, no es disimulada por la fluorescencia natural de los polímeros y los tejidos vivientes.
La superficie de los nanotubos actúa como un sensor, detectando el cambio de la forma del ADN a medida que éste responde a la presencia de los iones-diana.
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