¿Zurdos o diestros? Nanoestructuras identificadas por la luz
Oportunidades para la biología y la ciencia de los materiales
¿En qué se diferencian las moléculas zurdas de las diestras? Investigadores de la ETH de Zúrich utilizan un nuevo método de imagen para visualizar lo que hasta ahora sólo podía medirse como promedio, lo que abre nuevas posibilidades para la biología y la ciencia de materiales.
¿Por qué las semillas de menta verde y alcaravea huelen de forma tan diferente, aunque sus principales moléculas aromáticas son casi idénticas? ¿Por qué un medicamento puede salvar vidas, mientras que su imagen especular es ineficaz o incluso perjudicial? La respuesta está en la quiralidad, la "lateralidad" de las moléculas. Al igual que la mano izquierda y la derecha son similares, pero no pueden colocarse una encima de la otra, existen versiones izquierda y derecha de muchas moléculas. A menudo tienen efectos completamente distintos.
Un equipo de investigación de la ETH de Zúrich dirigido por Romain Quidant, catedrático de Nanofotónica, ha desarrollado un método que permite visualizar espacialmente la quiralidad utilizando una sola imagen. Hasta ahora, la quiralidad sólo podía medirse en toda la muestra, y el resultado era siempre un valor medio.
"Con este nuevo método, podemos utilizar una sola imagen para identificar las áreas de nuestra muestra en las que se producen estructuras zurdas y diestras", explica Rebecca Büchner, estudiante de doctorado que trabaja con Quidant y autora principal del estudio publicado en la revista Nature Photonics.
La luz como clave de la lateralidad
Para el estudio, Büchner utilizó nanoestructuras de oro fabricadas especialmente, es decir, muestras quirales producidas artificialmente, que fueron fabricadas por José García-Guirado, jefe de laboratorio del grupo de Quidant. Por tanto, Büchner sabía cuántos componentes diestros y zurdos cabía esperar en la imagen. Para hacer visible la quiralidad de las muestras, utilizó un método de imagen recién desarrollado que funciona como una cámara altamente especializada. Lo que la distingue es su capacidad para detectar cómo interactúa la muestra con distintos tipos de luz polarizada circularmente.
La luz polarizada circularmente es un tipo de luz en el que las ondas luminosas giran en espiral a medida que se mueven, ya sea hacia la izquierda o hacia la derecha. Muchas moléculas quirales de la naturaleza reaccionan de forma diferente a estos tipos de luz: absorben más la luz de la izquierda que la de la derecha o rotan ligeramente su dirección de oscilación, por ejemplo.
A diferencia de los métodos tradicionales, que necesitan dos mediciones separadas con polarización circular izquierda y derecha, el sistema de Büchner capta ambas direcciones espirales a la vez. Utiliza una configuración óptica inteligente: tras atravesar la muestra, la luz se divide en componentes circulares izquierdo y derecho mediante haces de referencia que crean patrones de interferencia. Estos patrones revelan cómo interactúa cada tipo de luz con la muestra, haciendo visible la quiralidad.
Una cámara normal sólo captaría una imagen ilegible de esta superposición. Sin embargo, gracias al nuevo método, un ordenador puede leer la información con precisión. Los mapas resultantes, codificados por colores, muestran qué partes de la muestra son zurdas y cuáles diestras. "Incluso pudimos visualizar letras como 'L' y 'R', que estaban formadas por nanoestructuras con diferente lateralidad", explica Büchner.
Oportunidades para la biología y la ciencia de materiales
"Veo el mayor potencial de nuestro método allí donde la quiralidad varía espacialmente, lo cual ha sido prácticamente imposible de medir hasta ahora", afirma Jaime Ortega Arroyo, científico senior y co-supervisor del proyecto. Se trata de un problema bien conocido, sobre todo en la ciencia de materiales: los materiales quirales son difíciles de resolver espacialmente, por ejemplo cuando diferentes zonas de un material tienen diferente lateralidad. El nuevo método permite visualizar directamente estas diferencias.
Los investigadores también ven potencial para las muestras biológicas. Por ejemplo, los tejidos sanos y enfermos pueden diferir no sólo en su estructura celular, sino también en su quiralidad. Con el método de imagen sería posible detectar esas diferencias directamente en el tejido sin tinción ni intervención mecánica. "Esto se aplica no sólo a las moléculas, sino también a estructuras más grandes, como partes de células, cuya quiralidad apenas se ha estudiado hasta la fecha", explica Büchner.
También hay potencial para aplicaciones en farmacia: muchos fármacos consisten en moléculas quirales, de las que sólo una variante es eficaz. Un método que revele la lateralidad podría ayudar a analizar mejor mezclas complejas o a desarrollar nuevos procedimientos de diagnóstico.
Últimos retoques en el laboratorio
El nuevo método de imagen se encuentra aún en fase de investigación, y las señales medidas hasta ahora son moderadas y sensibles al ruido. "Nuestro mayor reto era reducir el ruido y las señales procedentes de artefactos en la imagen hasta tal punto que pudiéramos estar seguros de que las señales procedían realmente de la quiralidad", afirma Ortega Arroyo.
Como siguiente paso, los investigadores quieren hacer el sistema más sensible. Aún les queda un largo camino por recorrer antes de que pueda utilizarse en el mundo real. Por ahora, se centran en identificar aplicaciones adecuadas y adaptar el método en consecuencia. "Sabemos lo que nuestra plataforma puede hacer, pero otros investigadores saben mucho mejor qué otros casos de uso podrían investigarse mejor con ella", dice Büchner.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
