Des « cartes » de microscopie électronique de nanoparticules d'or octaédriques entourées de coquilles d'argent cubiques. Fixation d'une biomolécule (par exemple, l'ADN) à ces nanoparticules renforce un signal représentant une différence entre la réponse des molécules gauchers et droitiers à la lumière de 100 fois, et le pousse vers le domaine visible du spectre électromagnétique.
(Phys.org) —Dans les réactions chimiques, gauche et droite peuvent faire une grande différence. Une molécule « gaucher » d'une composition chimique particulière pourrait être un médicament efficace, tandis que son homologue "droitier" en miroir pourrait être complètement inactif. C'est parce que, en biologie, Les conceptions moléculaires "gauche" et "droite" sont cruciales :les organismes vivants sont fabriqués uniquement à partir d'acides aminés gauchers. Il est donc important de distinguer les deux, mais difficile.
Maintenant, une équipe de scientifiques du laboratoire national de Brookhaven du département de l'Énergie des États-Unis et de l'Université de l'Ohio a mis au point un nouveau un moyen plus simple de discerner le côté moléculaire, connu sous le nom de chiralité. Ils ont utilisé des nanoparticules cubiques d'or et d'argent pour amplifier la différence de réponse des molécules gauchers et droitiers à un type particulier de lumière. L'étude, décrit dans le journal NanoLettres , fournit la base d'une nouvelle façon de sonder les effets de la latéralité dans les interactions moléculaires avec une sensibilité sans précédent.
"Notre découverte et nos méthodes basées sur cette recherche pourraient être extrêmement utiles pour la caractérisation des interactions biomoléculaires avec les médicaments, sonder le repliement des protéines, et dans d'autres applications où les propriétés stéréométriques sont importantes, " a déclaré Oleg Gang, chercheur au Centre des nanomatériaux fonctionnels de Brookhaven et auteur principal de l'article. « Nous pourrions utiliser cette même approche pour surveiller les changements de conformation des biomolécules dans des conditions environnementales variables, comme la température - et aussi pour fabriquer des nano-objets qui présentent une réponse chirale à la lumière, qui pourraient ensuite être utilisés comme de nouveaux types de capteurs nanométriques."
Les scientifiques savaient que les molécules chirales gauchers et droitiers interagiraient différemment avec la lumière « polarisée circulairement », où la direction du champ électrique tourne autour de l'axe du faisceau. Cette idée est similaire à la façon dont les lunettes de soleil polarisées filtrent les reflets, contrairement aux verres ordinaires.
D'autres scientifiques ont détecté cette différence, appelé « dichroïsme circulaire, " dans les " empreintes digitales " spectroscopiques des molécules organiques - des cartes détaillées des longueurs d'onde de la lumière absorbée ou réfléchie par l'échantillon. Mais pour la plupart des biomolécules chirales et de nombreuses molécules organiques, ce signal "CD" est dans le domaine ultraviolet du spectre électromagnétique, et le signal est souvent faible. Les tests nécessitent donc des quantités importantes de matière à des concentrations peu élevées en pratique.
L'équipe a été encouragée à trouver un moyen d'améliorer le signal grâce à des expériences récentes montrant que le couplage de certaines molécules avec des nanoparticules métalliques pourrait considérablement augmenter leur réponse à la lumière. Des travaux théoriques ont même suggéré que ces particules dites plasmoniques, qui induisent une oscillation collective des électrons conducteurs du matériau, conduisant à une absorption plus forte d'une longueur d'onde particulière - pourrait heurter le signal dans la partie de lumière visible de l'empreinte spectroscopique, où il serait plus facile de mesurer.
Le groupe a expérimenté différentes formes et compositions de nanoparticules, et a constaté que les cubes avec un centre d'or entouré d'une coquille d'argent ne sont pas seulement capables de montrer un signal optique chiral dans la plage proche du visible, mais encore plus frappant, étaient des amplificateurs de signal efficaces. Pour leur biomolécule test, ils ont utilisé des brins synthétiques d'ADN, une molécule qu'ils utilisaient familièrement comme "colle" pour coller les nanoparticules ensemble.
Lorsque l'ADN a été attaché aux nanocubes recouverts d'argent, le signal était environ 100 fois plus fort qu'il ne l'était pour l'ADN libre dans la solution. C'est-à-dire, les nanoparticules cubiques ont permis aux scientifiques de détecter le signal optique des molécules chirales (les rendant "visibles") à des concentrations 100 fois inférieures.
"Il s'agit d'une très grande amplification optique par rapport à ce qui a été observé précédemment, " dit Fang Lu, le premier auteur sur le papier.
L'amplification observée du signal de dichroïsme circulaire est une conséquence de l'interaction entre les particules plasmoniques et "l'exciton, " ou absorbant l'énergie, électrons au sein du complexe ADN-nanocube, ont expliqué les scientifiques.
"Cette recherche pourrait servir de plate-forme prometteuse pour la détection ultrasensible de molécules chirales et leurs transformations en synthèse, biomédical, et applications pharmaceutiques, " dit Lu.
"En outre, " dit Gang, "notre approche offre un moyen de fabriquer, par auto-assemblage, nano-objets plasmoniques discrets avec une réponse optique chirale à partir de nano-composants structurellement non chiraux. Ces objets plasmoniques chiraux pourraient grandement améliorer la conception de métamatériaux et de nano-optiques pour des applications dans la récupération d'énergie et les télécommunications optiques."
