Estudo com nanotubos de carbono descobre que solvatação local é decisiva para fluorescência de biossensores

Na Universidade de Ruhr, os grupos da Professora Martina Havenith e do Professor Sebastian Kruss colaboraram para um novo estudo, que ocorreu como parte do Cluster of Excellence “Ruhr Explores Solvation”, ou RESOLV para abreviar. Os alunos de doutorado Sanjana Nalige e Phillip Galonska também fizeram contribuições significativas para a pesquisa, agora publicada em Comunicações da Natureza.

Nanotubos de carbono de parede única são poderosos blocos de construção para biossensores, como estudos anteriores revelaram. Sua superfície pode ser quimicamente adaptada com biopolímeros ou fragmentos de DNA para interagir especificamente com uma certa molécula alvo.

Quando tais moléculas se ligam, os nanotubos mudam sua emissão na faixa do infravermelho próximo, que penetra profundamente no tecido. Dessa forma, por exemplo, a presença de certos neurotransmissores, ou seja, substâncias mensageiras no cérebro, pode ser detectada. Embora tais sensores já estejam em uso, seu princípio funcional exato não está claro.

Como a maioria dos processos biológicos relevantes ocorrem na água, os pesquisadores analisaram os nanotubos de carbono em uma solução aquosa. Usando espectroscopia de terahertz, eles conseguiram detectar como a energia flui entre os nanotubos de carbono e a água.

O fator decisivo é a camada de hidratação dos biossensores, ou seja, as moléculas de água que cercam os nanotubos. Quando um nanotubo de carbono é excitado, a energia interna pode se acoplar às vibrações da camada de hidratação.

A energia flui entre a água e os nanotubos: Sensores que se tornam mais brilhantes na presença do analito transferem menos energia para a água. Em contraste, sensores que se tornam mais escuros transferem mais energia para a água.

“A espectroscopia de terahertz nos permite medir diretamente o que antes apenas suspeitávamos”, diz Sebastian Kruss. “Esses insights fornecem um princípio de design geral e racional para desenvolver biossensores ideais com o melhor desempenho para novas aplicações em pesquisa e medicina.”

Martina Havenith, porta-voz do Cluster of Excellence RESOLV, acrescenta: “Neste estudo interdisciplinar, não colocamos os holofotes no nanotubo de carbono em si. Em vez disso, colocamos os holofotes no solvente, água, e descobrimos uma correlação direta até então desconhecida com as mudanças na água ao redor do nanotubo de carbono e a função como um biossensor. É exatamente isso que RESOLV representa.”